تمتلك بطاريات الليثيوم-هواء القدرة على تخزين طاقة أكبر بخمس مرات على الأقل من بطاريات الليثيوم-أيون التقليدية، إذ تبلغ كثافتها الطاقية عملياً 11.2 كيلووات ساعة/كجم مقارنة بحوالي 0.26 كيلووات ساعة/كجم لبطاريات الليثيوم-أيون.
لكن ما سبب هذه الكثافة الطاقية العالية؟
السبب يكمن في بنية البطارية ومكوناتها، فهي تعتمد في عملها على الأكسجين القادم من الهواء، فلا حاجة لتخزينه في البطارية، مما يقلل الوزن. كما أن المواد المستخدمة في قطبها الموجب (الكاثود) أخف بكثير من المواد المستخدمة في بطاريات الليثيوم-أيون التقليدية.
ممَّ تتكون وكيف تعمل؟
يتكون الأنود (السالب عند التفريغ) من معدن الليثيوم، ويتكون الكاثود من بنية كربونية مسامية خفيفة تسمح بدخول الأكسجين من الهواء.
عند استخدام البطارية أو التفريغ، يبدأ التفاعل عند الأنود فيتأكسد الليثيوم ويتحول إلى أيونات الليثيوم وإلكترون حر. يعبر الإلكترون الحر عبر الدارة الخارجية إلى الكاثود وتعبر الأيونات الموجبة عبر الإلكتروليت (الوسيط الفاصل) إلى الكاثود أيضاً. هناك يحدث تفاعل اختزال بوجود الأكسجين القادم من الهواء، وتتكون مادة جديدة تُسمى بيروكسيد الليثيوم أو أكسيد الليثيوم.
أما عند الشحن، يتم تطبيق تيار خارجي لعكس العملية، فيتفكك بيروكسيد الليثيوم إلى أيونات وإلكترونات. تعود الإلكترونات إلى الأنود عبر الدارة الخارجية وتعود الأيونات عبر الإلكتروليت، وتتفاعل هناك لتعود إلى معدن الليثيوم من جديد.
لماذا لا يتم استخدامها بدلاً من بطاريات الليثيوم-أيون؟
على الرغم من كثافتها الطاقية العالية وخفة وزنها، إلا أنها تواجه تحديات تجعلها حتى اليوم غير فعالة في الاستخدام العملي وأهمها انسداد الكاثود، فنتيجة تكون بيروكسيد الليثيوم عند الكاثود المسامي، يتم انسداد مساماته التي تسمح للأكسجين بالدخول لاستمرار التفاعل، مما يبطىء التفاعل تدريجياً ويقلل كفاءة البطارية والقوة الطاقية التي تنتجها.
تحمل بطاريات الليثيوم-هواء إمكانيات واعدة جداً نظراً لخفة وزنها وارتفاع كثافتها الطاقية، لكنها مازالت تواجه تحديات كبيرة، وينبغي إيجاد حلول لها كي نتمكن من الاستفادة الكاملة مما تمتلكه من ميزات.
