EN
روابط سريعة
تحمل البطاريات القابلة لإعادة الشحن القائمة على الليثيوم مخاطر حقيقية من الحرائق بسبب ظاهرة تُسمى الانطلاق الحراري. هذا يحصل بشكل أساسي عندما تبدأ البطارية بالتسخين بشكل لا يمكن التحكم به وقد تنفجر حتى. عادةً ما تحدث المشكلة بعد أن تتعرض البطارية لأضرار فيزيائية، أو تشحن بشكل مفرط، أو تتعرض لدرجات حرارة أعلى من 60 درجة مئوية. تؤدي هذه الظروف إلى تدهور الأجزاء الداخلية التي تحافظ على الفصل بين مكونات البطارية، مما يسبب تفاعلات كيميائية تطلق مواد الإلكتروليت القابلة للاشتعال. يمكن أن يؤدي ثقب خلية واحدة إلى تفعيل الخلايا المجاورة بشكل شبه فوري. لإدارة هذه المخاطر، يحتاج المصنعون إلى أنظمة جيدة للتحكم في الجهد الكهربائي وإجراءات صحيحة لتفريغ البطارية قبل تخزينها أو نقلها. تضيف العديد من الشركات الآن ميزات أمان خاصة مدمجة في تصميم بطارياتها لمنع وقوع مثل هذه الحوادث.
إن استقرار البطاريات يتأثر حقًا بكل من درجة الحرارة ومستوى الرطوبة. تشير الأبحاث إلى أنه عندما تُخزن الخلايا فوق 25 درجة مئوية، فإنها تميل إلى التدهور بسرعة تصل إلى ثلاثة أضعاف مقارنة بتلك المحفوظة بين 15 و20 درجة. كما تؤكد اختبارات التحليل الكهروكيميائي هذا أيضًا. عندما تصبح الرطوبة في الهواء مرتفعة جدًا، فإن الرطوبة التي تزيد عن 60% تبدأ فعليًا في تآكل أقطاب البطارية وتشجع نمو الشوائب الداخلية الخطرة المعروفة باسم (النواتج الشجرية) داخل الخلية. مما يجعل الدوائر القصيرة الداخلية أكثر احتمالًا بكثير. للتخزين المناسب، من الأفضل حفظ البطاريات في أماكن تكون فيها درجة الحرارة مستقرة نسبيًا. تجنب وضعها في الأدوار العلوية أو المرائب حيث يمكن أن تتقلب درجات الحرارة بأكثر من 10 درجات خلال اليوم. كذلك من المهم الحفاظ على مستويات الرطوبة دون 50%. تعمل أكياس السيليكا جيل بشكل جيد في امتصاص الرطوبة الزائدة والحماية من الأضرار الناتجة عن الظروف الرطبة.
عندما تصبح البطاريات ساخنة للغاية لفترة طويلة، فهذا يُعد في الأساس إساءة حرارية، وهي واحدة من الأسباب الرئيسية لفشلها المبكر. أي شخص يترك وحدات البطاريات الخاصة به بالقرب من فتحات التسخين، أو بالقرب من المحركات القائمة، أو تحت أشعة الشمس سيلاحظ مشاكل بسرعة كبيرة. تبدأ المكاثن (القطب الموجب) في التحلل بمرور الوقت، مما يعني أن البطارية تحتفظ بشحنة أقل كل عام، ما بين 15٪ وحتى ربما 30٪. إذا استمرت هذه البطاريات في التعرض لدرجات حرارة تتجاوز 40 درجة مئوية، يحدث داخلها تغير سيء. يبدأ الإلكتروليت في التحول إلى غاز، مما يؤدي إلى انتفاخ الغلاف ويُنشئ مشكلات حقيقية في السلامة عند محاولة شحنها لاحقًا. وفقًا لما رأيناه في اختبارات الأشعة تحت الحمراء، فإن الحفاظ على درجة حرارة أماكن التخزين تحت 30 درجة مئوية أمر بالغ الأهمية. يعالج معظم الأشخاص هذه المشكلة بالتأكد من وجود مساحة كافية حول البطاريات لتدوير الهواء، وأحيانًا بإضافة نوع من مواد العزل الحراري بين البطارية وأي مصدر محتمل للحرارة في الجوار.
تحافظ بطاريات الليثيوم القابلة لإعادة الشحن على أدائها الأمثل عند تخزينها عند نسبة شحن تتراوح بين 40 و50%. تُعرف هذه المنطقة باسم "منطقة جولديلاكس"، وتقلل من الإجهاد الواقع على المكثف والأنود، مما يمنع تفاعل الترسيب الليثيومي، وهو تفاعل جانبي يؤدي إلى تدهور الأقطاب الكهربائية. وقد أظهر تحليل نُشر في عام 2023 لـ 12 منتجًا رئيسيًا للبطاريات الليثيومية أن 92% من هذه الشركات توصي بشحن البطاريات جزئيًا قبل تخزينها، وهو ما يُظهر توافقًا واسع النطاق داخل الصناعة.
في الواقع، يؤدي الحفاظ على بقاء البطاريات مشحونة بالكامل إلى تسريع تحلل المواد الكيميائية الداخلية فيها، في المقابل يؤدي تركها لتتفصل تمامًا إلى تراكم خطير من النحاس داخل خلايا البطارية. وبحسب الطبعة الأحدث من كود الحرائق الدولي لعام 2024، فإن تخزين البطاريات عند نسبة شحن لا تزيد عن 30% يقلل احتمال حدوث حرائق ناتجة عن ارتفاع درجة الحرارة بنسبة تقارب 37% مقارنةً بتخزينها مشحونة بالكامل. ووجد معظم الناس أن الحفاظ على شحن بطارياتهم بنسبة تتراوح بين 40 و50% هو الأفضل عمليًا. فهذا يمنح هامشًا كافيًا لتعويض الفقد الطبيعي في الشحن بنسبة 5% شهريًا، دون التعرض لخطر تفريغ البطارية تمامًا، وهو ما يضرها على المدى الطويل.
حتى في الظروف المثالية، تفقد بطاريات الليثيوم 2–4% من سعتها سنويًا بسبب نمو طبقة التفاعل بين الإلكتروليت والقطب (SEI). بالنسبة للتخزين الذي يتجاوز ستة أشهر، يجب إعادة الشحن إلى 50% كل 3–6 أشهر لتجنب التفريغ العميق. وبينما تعتمد أنظمة إدارة البطاريات الصناعية على خوارزميات تكيفية تعتمد على درجة الحرارة، فإن المراقبة اليدوية كافية لتطبيقات المستهلك.
ملاحظة رئيسية :
| مدة التخزين | الإجراء الموصى به |
|---|---|
| <3 أشهر | خزن عند 40-50% |
| 3-12 أشهر | أعد الشحن كل ثلاثة أشهر |
| >12 شهرًا | استخدم إنذارات الجهد |
تعمل بطاريات الليثيوم أيون بشكل أفضل عند تخزينها بين 15°م إلى 25°م (59°ف–77°ف) . التعرض أقل من 0°م (32°ف) يقلل من التوصيل الأيوني، بينما تؤدي درجات الحرارة أعلى من 45°م (113°ف) زيادة خطر الانطلاق الحراري بسبب انصهار الفواصل. تشير الأبحاث إلى أن الخلايا المخزنة عند 35°م تفقد 30% من السعة سنويًا أكثر من تلك المحفوظة عند 20°م.
| .Condition | النطاق المثالي | عتبة الخطر |
|---|---|---|
| درجة الحرارة | 15°م–25°م (59°ف–77°ف) | <0°م أو >45°م (32°ف–113°ف) |
| الرطوبة النسبية | 45–55% | >90% |
لا تترك البطاريات بالقرب من أجهزة التدفئة، أو تحت أشعة الشمس المباشرة، أو داخل سيارات مغلقة أثناء الطقس الحار. يلعب التحكم في درجة الحرارة دورًا كبيرًا في صحة البطارية. عندما تتغير درجات الحرارة بمقدار يزيد عن 10 درجات مئوية (حوالي 18 فهرنهايت) يوميًا، يتمدد وينكمش الإلكترود الموجود داخل البطارية فعليًا، مما يخلق إجهادًا ميكانيكيًا بمرور الوقت. بالنسبة للمجموعات الصغيرة في المنازل أو المكاتب، تكون الصناديق البلاستيكية العازلة هي الأفضل عندما توضع في مكان يتمتع بثبات في درجة حرارة الغرفة. أما العمليات الكبيرة فتحتاج إلى أنظمة تكييف هواء مناسبة يمكنها الحفاظ على درجات الحرارة ضمن نطاق ضيق مقداره ±2 درجة. وهذا يساعد على منع تقدم عمر بعض المناطق بشكل أسرع من غيرها، مما يؤدي إلى تقليل العمر الافتراضي الإجمالي بشكل كبير.
عندما ترتفع مستويات الرطوبة فوق 70%، تبدأ الموصلات بالتأكل ويصبح هناك خطر من تشكل حمض الهيدروفلوريك داخل أغلفة البطاريات، مما يقلل عمر البطارية بنسبة تصل إلى 40% في المناخات الحارة والرطبة. من ناحية أخرى، عندما تنخفض الرطوبة تحت 30%، تصبح الكهرباء الساكنة مشكلة أكبر يمكن أن تضر المكونات الحساسة. في هذه الحالة، يعد التهوية الجيدة ضرورية، حيث يُوصى بتحقيق ما بين 6 إلى 12 تبديلًا كاملاً للهواء كل ساعة لطرد المركبات العضوية المتطايرة الضارة الناتجة عن خلايا البطاريات القديمة. تستخدم معظم المنشآت إما أكياس هلام السيليكا أو أجهزة إزالة الرطوبة الصناعية للحفاظ على الاستقرار، وهو أمر بالغ الأهمية بشكل خاص لتخزين بطاريات الليثيوم الحديد فوسفات نظرًا لحساسيتها الكبيرة لتقلبات الرطوبة. وعادةً ما يوصي خبراء الصناعة بمراقبة دورية وصيانة منتظمة لهذه الضوابط البيئية.
للاستخدام اليومي أو الأسبوعي، احفظ البطاريات عند مستوى شحن يتراوح بين 40–50% في بيئة جافة ودرجة حرارة الغرفة (15–25°م/59–77°ف). يقلل هذا من إجهاد الإلكترودات مع الحفاظ على الجاهزية. استخدم حاويات غير موصلة، وتجنب تكديس البطاريات، وابعدها عن الأجسام المعدنية. لا تتركها داخل الأجهزة لأكثر من 30 يومًا لتجنب استنزاف الطاقة الخامل.
تتطلب البطاريات المخزنة لمدة 6 أشهر أو أكثر تحكمًا صارمًا في الظروف البيئية:
| عامل | الحالة المثالية | تكرار المراقبة |
|---|---|---|
| مستوى الشحن | 40–50% | كل 3 أشهر |
| درجة حرارة البيئة | 10–20°م (50–68°ف) | شهرياً |
| الرطوبة | <50% رطوبة نسبية | كل أسبوعين |
وجد تقرير سلامة البطاريات لعام 2023 أن البطاريات المخزنة عند الشحن الكامل لمدة 6 أشهر فقدت 18–22% من سعتها، مقارنة بفقدان 2–4% فقط عند تخزينها عند 50% من الشحن. يُوصى بشدة بتخزين البطاريات في بيئة ذات تحكم مناخي.
تتفريغ البطاريات الليثيوم-أيون ذاتيًا بمعدل 1.5–2% شهريًا. وللوقاية من التفريغ العميق، يجب إعادة شحنها إلى 50% كل 6–9 أشهر، ولكن لا تتجاوز 85% أثناء الشحن الصيانة. يؤدي السماح بانخفاض الشحن إلى أقل من 5% إلى تسريع عملية الكبريتات (Sulfation)، وهي عملية تدهور تكلف الشركات الأمريكية 740 مليون دولار سنويًا بسبب الاستبدال المبكر (Ponemon 2023).
لقد اتفقت معظم الشركات المصنعة الكبرى إلى جانب منظمات السلامة مثل UL Solutions وجمعية الحماية من الحرائق الوطنية على عدد من الإرشادات الأساسية الخاصة بالتخزين. يجب أن تتراوح درجات الحرارة بين 10 و25 درجة مئوية، أي ما يعادل تقريباً 50 إلى 77 درجة فهرنهايت، مع الحفاظ على مستويات الرطوبة بين 50 و60 بالمائة، وهو ما يبدو مثالياً. ووفقاً للمعيار NFPA 855، يجب إبقاء البطاريات بعيداً عن أي شيء قد يشتعل، ويجب أن تُجرى باستمرار فحوصات لظروف درجة الحرارة. من بين الأمور المهمة التي يجب تذكرها عند التعامل مع هذه العناصر هي الحفاظ دائماً على وضعها منتصباً مع ترك الأغطية الوقائية في مكانها، وتأكيداً عدم تركها تتراكم بشكل فوضوي معاً. بالنسبة للعمليات الكبيرة، فإن تركيب معدات التصوير الحراري يعد مناسباً بالاقتران مع أنظمة كبت الحرائق السلبية. تساعد هذه الإجراءات في منع المواقف الخطرة التي تبدأ فيها البطاريات بالاحترار المفرط دون سيطرة.
وبحسب دراسة أجرتها جامعة البطاريات في عام 2023، شملت حوالي 2000 بطارية أدوات كهربائية تم إرجاعها، فإن البطاريات التي تم تخزينها بشكل غير صحيح فقدت نحو ثلثي سعتها خلال 18 شهراً فقط. أما البطاريات التي تم الاحتفاظ بها في ظروف جيدة فقد انخفضت سعتها إلى أقل من 20%. وعندما تتدهور البطاريات بشكل كبير بهذا الشكل، فإنها تميل إلى ظهور مشاكل في انخفاض الجهد الكهربائي وظاهرة تُعرف بـ 'الطلاء الليثيومي' على الأقطاب الكهربائية. ووجد الباحثون أن العديد من الأجهزة الذكية تتعطل مبكراً لأن المستخدمين في كثير من الأحيان يتركونها قيد الشحن طوال الوقت عندما ترتفع درجات الحرارة فوق 30 درجة مئوية. وباستكشاف أعمق لأسباب حدوث ذلك، أشار العلماء إلى تكون طبقة SEI بشكل أسرع بالإضافة إلى التحلل الكيميائي ل محلول الإلكتروليت داخل خلايا البطاريات عندما تظل مشحونة بالكامل لفترات طويلة.
يتفق معظم الخبراء على أن الحفاظ على شحن البطاريات بشكل جزئي يساعد في تقليل التفاعلات الكيميائية غير المرغوب فيها داخلها. وبحسب دراسات من الجمعية الكهروكيميائية، فإن البطاريات التي تُترك مشحونة بالكامل (100% SOC) تشهد زيادة في مقاومتها الداخلية بنسبة 15% كل شهر. وهذا أسوأ بكثير مما يحدث عندما تُحتفظ البطاريات عند مستوى شحن يقارب 60%، حيث تزداد المقاومة بنسبة 2.2% فقط. ويوصي مصنعون كبار مثل ديل وتيسلا بالحفاظ على مستويات شحن البطاريات بين 40 و60% لتحسين التوازن الكيميائي على المدى الطويل. وعند تخزين البطاريات لفترات طويلة، من المنطقي تدوير المخزون كل ثلاثة أشهر. وإعادة شحن جميع الوحدات إلى حوالي 50% من سعتها كل 90 يومًا يساعد في مواجهة مشاكل التفريغ الطبيعي ويمنع حدوث مشاكل جادة مثل ذوبان النحاس بشكل دائم بمجرد انخفاض المستويات إلى أقل من 20% SOC.
تتعرض بطاريات الليثيوم القابلة لإعادة الشحن للخطر بشكل رئيسي بسبب الانطلاق الحراري والمخاطر الناتجة عن الحرائق والتدهور الناتج عن ظروف تخزين غير مناسبة، بما في ذلك درجات الحرارة والرطوبة القصوى.
لتمديد عمر البطارية، احفظ بطاريات الليثيوم بشحنة جزئية (40-50%) في بيئة مُحكمة ضبط المناخ مع درجات حرارة مستقرة تتراوح بين 15-25 درجة مئوية ومستويات رطوبة بين 45-55%.
للاستخدام طويل الأمد، حافظ على شحن البطاريات بنسبة 40-50%، وراقب ظروف البيئة بشكل منتظم، وأعد شحنها إلى حوالي 50% كل 3-6 أشهر لمنع التفريغ العميق.
الشحن الجزئي يقلل من الضغط على مكونات البطارية ويحد من التدهور ويساعد في الحفاظ على التوازن الكيميائي داخل الخلايا، مما يمنع التفاعلات الكيميائية غير المرغوب فيها ويمدد عمر البطارية.