Moukhlij Batteries Visualization

تصورات تفاعلية لعلم بطاريات الليثيوم أيون والصوديوم أيون والحالة الصلبة: كيف تتحرك الأيونات والإلكترونات، والبنى البلورية التي تحتضنها.

LiₓC₆ → C₆ + x Li⁺ + x e⁻

Younes Moukhlijمهندس برمجيات (خريج مدرسة 1337 للبرمجة) - باحث في سلك الدكتوراه بالكلية متعددة التخصصات بخريبكة، جامعة السلطان مولاي سليمان.

مُنشئ الخلية الكاملة

اختر كاثودًا وأنودًا لبناء خلية. توازن الصفحة بين سعتيهما بنسبة N/P وتقدّر جهد الخلية وسعتها وطاقتها ومنحنى تفريغها على مستوى المواد.

نوع البطارية

الكاثود

أكسيد الليثيوم والكوبالت · LiCoO₂ · ≈3.8 V · ≈140–150 mAh/g^{[32, 33, 34]}

الأنود

الغرافيت · C₆ → LiC₆ · ≈0.1–0.2 V (هضاب المراحل) · ≈350–360 mAh/g^{[32, 42]}

نسبة N/P (سعة الأنود ÷ سعة الكاثود)1.10

متوسط جهد الخلية≈3.70 Vالغرافيت | LCO

السعة≈101 mAh/gmAh لكل غرام من المادة الفعالة

الطاقة النوعية≈374 Wh/kgWh لكل كيلوغرام من المادة الفعالة

كتلة الأنود0.47 gلكل غرام من الكاثود · 32 % من المادة الفعالة

طريقة الحساب

m_anode = N/P × Q_c ÷ Q_a = 1.10 × 148 ÷ 350 = 0.47 g
Q = Q_c ÷ (1 + m_anode) = 148 ÷ 1.47 = 101 mAh/g
V = V_c − V_a = 3.80 − 0.10 = 3.70 V
E = Q × V = 101 × 3.70 = 374 Wh/kg

لكل 1 غرام من الكاثود. Q_c, Q_a: السعات العملية النموذجية (mAh/g). V_c, V_a: متوسط الجهود مقابل Li/Li⁺.

منحنى التفريغ

الخلية (الكاثود − الأنود)
الكاثود LCO (مقابل Li/Li⁺)
الأنود الغرافيت (مقابل Li/Li⁺)

عرض المنحنى في جدول

المفرَّغ (%)	السعة (mAh/g)	الكاثود (V)	الأنود (V)	الخلية (V)
0	0	4.25	0.09	4.16
10	10	4.06	0.09	3.97
20	20	4.00	0.09	3.91
30	30	3.96	0.09	3.87
40	40	3.94	0.10	3.84
50	51	3.92	0.14	3.78
60	61	3.90	0.14	3.76
70	71	3.89	0.15	3.74
80	81	3.85	0.19	3.66
90	91	3.77	0.22	3.56
100	101	3.00	0.80	2.20

تقدير على مستوى المواد. السعات ومتوسطات الجهد هي القيم النموذجية من الأدبيات العلمية الواردة في صفحة مواد الأقطاب؛ والخلايا الحقيقية أدنى لأن مجمعات التيار والفاصل والإلكتروليت والغلاف تضيف كتلة دون تخزين شحنة. أشكال المنحنيات تخطيطية، بمعدل بطيء ودون استقطاب، وتُهمل خسائر مثل الليثيوم المستهلك في تكوين SEI خلال الدورة الأولى.

لماذا تهم نسبة N/P

‏N/P هي سعة الأنود مقسومة على سعة الكاثود. وهي تؤثر في كثافة الطاقة وفي أداء الخلية على المدى الطويل معًا^[50]. يأتي كل الليثيوم القابل للتدوير من الكاثود، لذا فعندما تتجاوز N/P القيمة 1 لا يمتلئ الأنود تمامًا أبدًا في نهاية الشحن: تبقى سعته الزائدة غير مستعملة عند الطرف المشبع بالليثيوم، قرب 0 V، حيث يمكن أن يحدث ترسب الليثيوم^[54]. والثمن كتلة إضافية للأنود تخفض السعة والطاقة لكل غرام: حرّك المنزلق لترى ذلك.

المصادر: [32] Nitta et al. (2015) · [33] Mizushima et al. (1980) · [34] Lin et al. (2012) · [42] Dahn et al. (1991) · [50] Luo et al. (2022) · [54] Waldmann et al. (2018)