باتری های لیتیوم یونی در وسایل نقلیه برقی و سیستمهای انرژی خورشیدی با رشد انقلاب سبز پا به عرصه وجود خواهند گذاشت.

بهترین وسایط نقلیه الکتریکی، Tesla Model S، از بیش از 7،600 سلول باتری لیتیوم یون استفاده می­کند. در آینده نزدیک، ما ممکن است به استفاده از این نوع باتریها به عنوان یک جایگزین مناسب روی آوریم.

تغییر انرژیها به انرژی سبز در دهه ­های آینده نیاز به افزایش متناسب در تولید باتری و نوآوری دارد. باتری های لیتیوم یونی از ابزار پرکاربرد خواهد بود و یک انقلاب انرژی سبز در آینده نزدیک ​​خواهد بود و تقریباً برای همه چیز از وسایل نقلیه برقی گرفته تا هواپیما و خانه و ساختمانهای تجاری، باعث ذخیره قدرت و انرژی خواهد شد.

باتریهای یونی لیتیوم به سه شکل عرضه می­شوند: باتری استوانه­ ای، باتری پاکتی و باتری تخت. تلفن هوشمند شما احتمالاً دارای باتری پاکتی است در حالی که بیشتر لوازم خانگی باتری استوانه­ ای دارند.

تولید باتری در سراسر جهان در حال افزایش است. شرکت تسلا ساخت اولین ابرکارخانه معروف خود را برای تولید سلول های باتری در سال 2015 به نام Sparks، نوادا به پایان رساند. یکی دیگر از ابرکارخانه­ های تسلا، که بیشتر در ذخیره سازی انرژی خورشیدی فعال است، در سال 2017 در بوفالو، نیویورک شروع به کار کرد.این شرکت قصد دارد در سالهای آینده، در برلین و آستین، تگزاس، دو کارخانه دیگر افتتاح کند. شرکت باتری اروپایی Northvolt در سال 2021 ساخت و سازهای بزرگ را در ابرکارخانه Skelleftea سوئد آغاز می­ کند.

انتقال به انرژی سبز، سکوی پروازی برای بخش جدیدی از اقتصاد جهانی فراهم می­ کند. در این میان، تولید به دلیل افزایش تقاضا برای سلولهای خورشیدی و باتریها سود زیادی خواهد کرد و با هر توسعه تکنولوژیکی جدید، یک اکوسیستم صنعت برای حمایت از رشد و تولید آن توسعه می­ یابد. باتری لیتیوم یونی در صدر انقلاب زیست محیطی و اقتصادی قرار دارد.

چگونه باتریهای لیتیوم یونی ساخته می ­شود؟

با وجود اهمیت باتری ها، باتریهای لیتیوم یونی از نظر مفهومی ساده هستند. ورقهای الکترود متناوب کاتد (بار مثبت) و آند (بار منفی)، با یک ورقه جداکننده بین هر لایه در بالای یکدیگر انباشت می ­شوند. یک الکترولیت مایع یا جامد برای تسهیل انتقال انرژی بین ورقهای کاتد و آند مخلوط می­شود.

ورقهای کاتد به طور معمول از فویل آلومینیومی تهیه می­ شوند، در حالیکه ورق های آند از فویل مس تهیه می­شوند. هر ورق با مواد خاص برای افزایش رسانایی، کارآیی و اتصال پوشش داده می­ شود.

مواد فعال: ظرفیت، ولتاژ و ویژگی ای یک باتری لیتیوم یونی خاص را تعیین می­ کنند. برای کاتدها، مواد فعال اغلب شامل اکسید کبالت لیتیوم، اکسید منگنز لیتیوم یا فسفات آهن لیتیوم است. آندها به طور معمول با نوعی مواد کربن مانند سرب سیاه یا لیتیوم تایتانیت پوشش داده می­شوند.

اتصال ­دهنده­ ها: برای اتصال مواد مختلط به ورق فویل استفاده می­شود.

حلالها: برای افزایش مخلوط کردن مواد موجود در دوقاب تا زمانی که آماده پوشش ورق های مناسب باشند، بکار می­ رود.

علاوه بر این، یک کاتد شامل یک عنصر رسانا برای کاهش مقاومت داخلی و افزایش رسانایی در سلول خواهد بود.

ورق های جداکننده که بین الکترودها قرار دارند، از مواد فیلم پلی الیفین متخلخل ساخته می­شوند که با یک مایع پوشش آرامید اعمال شده و سپس به اندازه موردنظر برش داده می­ شوند. پس از آماده شدن ورق های الکترود لایه­ ای، در یکی از سه قالب اصلی، استوانه ­ای، پاکتی یا تخت در محفظه باتری قرار می­گیرند. بسته به فرم و مشخصات باتری، پوشش شامل پایانه ­های مثبت و منفی خارجی (برای اتصال به دستگاه تغذیه)، یک لایه عایق بین دستگاه و بارهای الکترود، آب­بند، یک گاززدا و سایر عناصر خواهد بود.

استفاده از بینایی ماشین برای تضمین کیفیت باتری لیتیوم یونی

در حالیکه ممکن است ازنظر مفهومی، تولید باتری لیتیوم یونی با ورقهای الکترود روکش شده و یک حلال الکترولیت ساده بنظر آید اما فرایند واقعی نسبتاً پیچیده و حساس است. ضخامت پوشش های روی الکترودها می­تواند تأثیر قابل توجهی در عملکرد باتری یا حتی ثبات آن داشته باشد.

دوربین های اسکن خطی که از الگوریتم های یادگیری ماشین تغذیه می­ شوند می ­توانند به خودکار سازی و ساده سازی مرحله تضمین کیفیت تولید باتری لیتیوم یونی کمک کنند. یک دوربین اسکن خطی -مانند خانواده Linea از دوربینهای Teledyne Dalsa – می تواند در یک خط تولید کارخانه نصب شود تا بتواند تولید مواد را کنترل کند زیرا آنها قادر به ثبت تمام مراحل فرآیند تولید هستند. دوربین های اسکن خطی برای بازبینی از ورقهای الکترود کاملا مناسب هستند، زیرا ورقها با سرعت زیاد توسط قرقره ها در حال حرکت هستند.

پروفایل لیزر از دوربین های بازبینی میتواند کل فرآیند تولید باتریهای لیتیوم یونی را پوشش دهد. دوربینها می ­توانند ضخامت ورقهای الکترود و روکش را اندازه گیری کنند، و یا نقص سطح روی ورقها را تشخیص دهند مانند تورفتگیها، خراش یا لبه­ های خم شده، ابعاد پوشش باتری را برای باتری های استوانه ­ای یا پاکتی اندازه گیری و کیفیت جوشکاری پایانه­ های خارجی روی باتریها را کنترل کنند.

پتانسیل رشد باتریهای لیتیوم یونی

پیش بینی می شود وسایل نقلیه الکتریکی تا سال 2025، 10 درصد از فروش خودرو را به خود اختصاص دهند و تا سال 2040 به 28 ٪ و 58 ٪ در سال 2040 برسند. به عنوان مثال، کالیفرنیا – ایالتی با بیشترین دوربین اسکن خطی در امریکا و یکی از بزرگترین اقتصادهای جهان- در نظر دارد تمام خطوط مسافربری و ماشینهای فروخته شده در این ایالت را تا سال 2035 به انتشار (گازهای سمی) به صفر برساند.

از آنجا که ذخیره سازی باتری اغلب با انرژی تجدید پذیر همراه است، رشد یکی از آنها مستقیماً بر دیگری تاثیر می­گذارد. براساس آمار اداره اطلاعات انرژی ایالات متحده، 70 درصد از قابلیت تولید انرژی جدید برای بکارگیری آنلاین در کشور در سال 2021 از منابع تجدید پذیر (39 درصد خورشید ، 31 درصد بادی) خواهد بود. به این ترتیب، ظرفیت ذخیره باتری نیز امسال با رشد چهار برابری نسبت به سالهای گذشته مواجه خواهد بود. بزرگترین باتری خورشیدی جهان تا اواخر سال 2021 در فلوریدا به صورت آنلاین خواهد بود.

تولیدکنندگان باید آماده شوند تا بتوانند تقاضای آینده باتریهای لیتیوم یونیی را برآورده کنند. استفاده از دوربینهای اسکن خطی، پروفایل لیزر و یادگیری ماشین به تولیدکنندگان کمک می­ کند تا تضمین کیفیت و کارآیی را ساده­ تر کنند.