بطاريات NMC، بفضل كثافة الطاقة العالية، والعمر الطويل، وأداء الشحن الممتاز، أصبحت تدريجيًا نجومًا في صناعة السيارات الكهربائية. وهذا يعني وقت شحن أقل ومسافات قيادة أطول، مما يجعل سيارتك الكهربائية شريكًا لا غنى عنه في الحياة اليومية. سواء كان ذلك للتنقل اليومي أو لرحلات عطلة نهاية الأسبوع، توفر بطاريات NMC دعمًا ثابتًا وموثوقًا للطاقة. ستقدم هذه المقالة نظرة عامة موجزة عن بطاريات NMC، ثم ستسلط الضوء على العوامل الرئيسية التي يجب عليك مراعاتها عند اختيار واحدة في عام 2024.
جدول المحتويات
ما هي بطارية NMC؟
مزيد من المعلومات عن بطاريات NMC
NMC مقابل حمض الرصاص: تحليل الأداء
ما يجب مراعاته عند اختيار بطاريات NMC
التطورات المستقبلية في تكنولوجيا البطاريات NMC
في الختام
ما هي بطارية NMC؟
بطاريات NMC (بطاريات النيكل والمنغنيز والكوبالت) هي تقنية بطاريات قابلة لإعادة الشحن شائعة الاستخدام على نطاق واسع في السيارات الكهربائية (EVs)، والمركبات الكهربائية الهجينة (HEVs)، والأجهزة الإلكترونية المحمولة، وأنظمة تخزين الطاقة (ESS).
تشتمل المكونات الأساسية لهذا النوع من البطاريات على قطب كهربائي موجب (يتكون من أكسيد مختلط من النيكل والمنغنيز والكوبالت)، وقطب كهربائي سلبي (عادةً الجرافيت)، وإلكتروليت. يعتمد مبدأ التشغيل على حركة أيونات الليثيوم بين الأقطاب الكهربائية الموجبة والسالبة.
تنتقل أيونات الليثيوم من القطب الموجب إلى القطب السالب أثناء الشحن وتخزين الطاقة؛ عند التفريغ، تعود أيونات الليثيوم إلى القطب الموجب وتطلق الطاقة.
بطاريات NMC ويمكن تصنيفها وفقا لنسبة النيكل والمنغنيز والكوبالت. تشمل الأنواع الشائعة NMC111 (نسبة 1:1:1)، وNMC622 (نسبة 6:2:2)، وNMC811 (نسبة 8:1:1). تختلف خلايا NMC بنسب مختلفة في كثافة الطاقة والاستقرار والتكلفة. على سبيل المثال، توفر بطاريات NMC811 كثافة طاقة أعلى بسبب محتواها العالي من النيكل، ولكنها قد لا تكون مستقرة وفعالة من حيث التكلفة مثل NMC111.
يتأثر عمر البطارية عادةً بمجموعة متنوعة من العوامل مثل درجة الحرارة وعدد دورات الشحن/التفريغ ومعدل الشحن/التفريغ، حيث تدوم بطاريات NMC النموذجية مئات إلى آلاف دورات الشحن/التفريغ.
تكلفة بطاريات NMC يتأثر بمجموعة متنوعة من العوامل، مثل أسعار المواد الخام وتكنولوجيا التصنيع والطلب في السوق، لذلك تتقلب الأسعار على نطاق واسع. من حيث المواصفات والأحجام، تأتي بطاريات NMC في مجموعة متنوعة من الأشكال والأحجام، بدءًا من البطاريات الصغيرة (على سبيل المثال، للهواتف المحمولة أو أجهزة الكمبيوتر المحمولة) إلى مجموعات البطاريات الكبيرة (على سبيل المثال، للسيارات الكهربائية).
ومع تقدم التكنولوجيا وتوسيع نطاق الإنتاج، ارتفعت تكلفة بطاريات NMC يتناقص تدريجياً وأداؤهم يتحسن.
مزيد من المعلومات عن بطاريات NMC
مكونات بطاريات NMC
مادة القطب الموجب: القطب الموجب هو المكون الأساسي لل بطاريات NMC، وهو مصنوع من أكاسيد مختلطة من النيكل (النيكل)، والمنغنيز (المنغنيز)، والكوبالت (الكوبالت). يمكن تعديل نسبة هذه العناصر المعدنية الثلاثة وفقًا لمتطلبات التطبيق المحددة، مثل NMC111 (نسبة 1:1:1 من النيكل والمنغنيز والكوبالت)، أو NMC622 (نسبة 6:2:2) أو NMC811 (8:1: 1 نسبة).
يوفر النيكل كثافة طاقة عالية، ويزيد المنجنيز من سلامة البطارية، ويساعد الكوبالت على استقرار التركيب الكيميائي وتحسين العمر الإجمالي.
مادة القطب السلبي: عادة ما تكون الأقطاب الكهربائية السالبة مصنوعة من الجرافيت أو أشكال أخرى من المواد الكربونية. توفر أنودات الجرافيت بنية مستقرة لتخزين وإطلاق أيونات الليثيوم.
بالكهرباء: المنحل بالكهرباء هو الوسط الموصل في البطارية الذي يسمح لأيونات الليثيوم بالتحرك بين الأقطاب الكهربائية الموجبة والسالبة أثناء الشحن والتفريغ. يُصنع الإلكتروليت عادة من أملاح الليثيوم (مثل سداسي فلوروفوسفات الليثيوم) المذابة في مذيب عضوي.
الحجاب الحاجز: الحجاب الحاجز عبارة عن غشاء رقيق مسامي يوضع بين الأقطاب الكهربائية الموجبة والسالبة لعزل الأقطاب الكهربائية الموجبة والسالبة مع السماح لأيونات الليثيوم بالمرور. تؤثر مادة الغشاء وحجم المسام بشكل كبير على أداء البطارية وسلامتها.
شل والتغليف: من أجل حماية المواد الحساسة داخل البطارية وضمان الاستخدام الآمن، يتم تغليف بطاريات NMC في غلاف قوي. يمكن أن يكون الغلاف مرنًا (على سبيل المثال لبطاريات الهاتف الخليوي) أو صلبًا (على سبيل المثال لحزم بطاريات السيارات الكهربائية).
تصنيف
تصنيف المركز الوطني للاعلام تعتمد بطاريات الليثيوم أيون (نيكل – منجنيز – كوبالت) بشكل أساسي على نسبة العناصر الثلاثة النيكل والمنجنيز والكوبالت في مادة الكاثود. لا يؤثر الاختلاف في هذه النسبة على أداء البطارية فقط، مثل كثافة الطاقة وعمر الدورة والاستقرار، ولكنه يتعلق أيضًا بالتكلفة والسلامة. فيما يلي بعض التصنيفات الشائعة لبطاريات NMC:
إن إم سي 111:
في هذا النوع من بطاريات الليثيوم أيون، تكون نسبة النيكل والمنغنيز والكوبالت 1:1:1.
توفر بطاريات NMC111 توازنًا جيدًا في الأداء، بما في ذلك كثافة الطاقة المعتدلة واستقرار الدورة الجيد والتكلفة المنخفضة نسبيًا.
وتستخدم هذه البطاريات على نطاق واسع في منتجات مثل الأدوات الكهربائية والدراجات الكهربائية.
إن إم سي 622:
وفي بطارية NMC622، يتم زيادة نسبة النيكل إلى 60%، في حين يتم تقليل نسبة المنغنيز والكوبالت إلى 20% لكل منهما.
يعمل محتوى النيكل المتزايد على تحسين كثافة الطاقة، مما يجعل هذه البطارية أكثر ملاءمة للتطبيقات ذات متطلبات الطاقة الأعلى، مثل بعض السيارات الكهربائية.
بالمقارنة مع NMC111، يوفر NMC622 زيادة كبيرة في كثافة الطاقة، ولكنه قد يضحي ببعض استقرار الدورة والتكلفة.
إن إم سي 811:
تحتوي بطاريات NMC811 على نسبة أعلى من النيكل تصل إلى 80%، بينما يحتوي كل من المنغنيز والكوبالت على 10%.
يتمتع هذا النوع من البطاريات بكثافة طاقة أعلى وهو مناسب للتطبيقات التي تتطلب نطاقًا أعلى، مثل السيارات الكهربائية المتميزة. ومع ذلك، فإن التركيز العالي للنيكل يطرح أيضًا تحديات أكبر، بما في ذلك مشكلات الاستقرار الحراري وزيادة التكاليف.
سيناريوهات التطبيق
المركز الوطني للاعلام تم استخدام بطاريات الليثيوم أيون (النيكل والمنغنيز والكوبالت) على نطاق واسع في مجموعة متنوعة من المجالات نظرًا لكثافة الطاقة العالية ودورة الحياة الطويلة والأداء العام الجيد. فيما يلي سيناريوهات التطبيق الرئيسية لبطاريات NMC:
المركبات الكهربائية (EV):
تحظى بطاريات NMC بشعبية كبيرة في السيارات الكهربائية، وخاصة في المركبات التي تسعى إلى كثافة طاقة عالية وطويلة المدى.
الأجهزة الإلكترونية المحمولة:
ويشمل ذلك الهواتف الذكية وأجهزة الكمبيوتر المحمولة والأجهزة اللوحية وغيرها. وتتطلب هذه الأجهزة بطاريات صغيرة وخفيفة الوزن ذات كثافة طاقة عالية، حيث تتفوق بطاريات NMC.
أنظمة تخزين الطاقة (ESS):
أنظمة تخزين الطاقة الشمسية أو طاقة الرياح للاستخدام التجاري والسكني: توفر بطاريات NMC كثافة الطاقة اللازمة واستقرار التدوير لتطبيقات تخزين الطاقة على المدى الطويل.
الدراجات الإلكترونية والدراجات البخارية الإلكترونية:
تتطلب هذه التطبيقات عادةً بطاريات خفيفة الوزن وعالية الكثافة للطاقة، وتلبي بطاريات NMC هذه المتطلبات.
المركبات الجوية الكهربائية والمركبات الجوية بدون طيار (UAVs):
في تطبيقات الطيران مثل الطائرات بدون طيار، تُستخدم بطاريات NMC على نطاق واسع نظرًا لكثافة الطاقة العالية وخفة الوزن.
المعدات الصناعية والطبية:
في بعض المعدات الصناعية المتخصصة والأجهزة الطبية المحمولة، توفر بطاريات NMC الموثوقية والمتانة اللازمة.
النقل العام والنقل الثقيل:
ويشمل ذلك الحافلات الكهربائية والشاحنات الكهربائية، التي تتطلب بطاريات ذات سعة كبيرة وكثافة طاقة عالية.
NMC مقابل حمض الرصاص: تحليل الأداء
بطاريات NMC تتميز باختلافات كبيرة في الأداء عن بطاريات الرصاص الحمضية من حيث كثافة الطاقة والوزن والعمر وسرعة الشحن والأثر البيئي والتكلفة. وفيما يلي تحليل مفصل لأداء هذين النوعين من البطاريات:
كثافة الطاقة:
بطاريات ليثيوم أيون NMC تتمتع بكثافة طاقة عالية، تتراوح عادةً بين 150-220 واط ساعة/كجم، مما يعني أنها تستطيع تخزين المزيد من الطاقة في حجم أصغر وبوزن أخف.
في المقابل، تتمتع بطاريات الرصاص الحمضية بكثافة طاقة أقل تبلغ حوالي 30-50 واط ساعة/كجم. وينتج عن ذلك أن تكون بطاريات الرصاص الحمضية أكبر وأثقل لنفس متطلبات تخزين الطاقة.
الوزن والحجم:
نظرًا لكثافة الطاقة العالية، تكون بطاريات NMC أخف وزنًا وأصغر حجمًا من بطاريات الرصاص الحمضية لنفس إنتاج الطاقة. وهذا يجعل بطاريات NMC أكثر ملاءمة للتطبيقات التي تتطلب الخفة، مثل الأجهزة الإلكترونية المحمولة والمركبات الكهربائية.
طول العمر:
بطاريات NMC عادةً ما يكون لها عمر أطول يتراوح من 1,000 إلى 2,000 دورة شحن/تفريغ أو أكثر.
تتمتع بطاريات الرصاص الحمضية بدورة حياة أقصر، وعادةً ما تتراوح بين 300 إلى 500 دورة شحن/تفريغ.
إن العمر الأطول لبطاريات NMC يعني دورات استبدال أطول وقد تكون أكثر اقتصادا على المدى الطويل.
سرعة الشحن والكفاءة:
يمكن شحن بطاريات الليثيوم NMC بسرعة وكفاءة أكبر من بطاريات الرصاص الحمضية.
تتميز بطاريات الرصاص الحمضية بعملية شحن أبطأ ويتم شحنها بكفاءة أقل.
تأثير بيئي:
تحتوي بطاريات الرصاص الحمضية على رصاص شديد السمية ومواد حمضية تشكل مخاطر محتملة على البيئة وصحة الإنسان.
بينما بطاريات NMC كونها أكثر صداقة للبيئة، هناك قضايا بيئية واجتماعية مرتبطة بتعدين ومعالجة الليثيوم والكوبالت والنيكل.
التكلفة:
بطاريات الرصاص الحمضية عادة ما تكون أرخص من بطاريات NMC من حيث تكلفة الشراء الأولية.
ومع ذلك، من منظور الاستخدام والصيانة على المدى الطويل، قد تكون تكلفة ملكية بطاريات NMC أقل (بما في ذلك تكرار الاستبدال وتكاليف الصيانة وما إلى ذلك).
وبشكل عام، تتفوق بطاريات NMC على بطاريات الرصاص الحمضية من حيث كثافة الطاقة والوزن والعمر وأداء الشحن، مما يجعلها أكثر ملاءمة للتطبيقات ذات متطلبات الأداء العالي وقابلية النقل.
ومع ذلك، لا تزال بطاريات الرصاص الحمضية تتمتع بمزاياها من حيث التكلفة وبعض التطبيقات الصناعية. مع استمرار تقدم تكنولوجيا البطاريات، أصبحت بطاريات NMC أكثر فعالية من حيث التكلفة وتحل تدريجياً محل بطاريات الرصاص الحمضية التقليدية في المزيد من المناطق.
ما يجب مراعاته عند اختيار بطاريات NMC
الطلب على الطاقة والكثافة: عندما يكون هناك حاجة إلى إنتاج طاقة عالية أو مدى طويل، كما هو الحال في السيارات الكهربائية، يكون الاختيار أكثر ملاءمة بطاريات NMC مع كثافة طاقة عالية.
قيود الحجم والوزن: بالنسبة للتطبيقات ذات قيود الحجم والوزن (مثل الأجهزة الإلكترونية المحمولة)، ستكون بطارية NMC خفيفة الوزن خيارًا أفضل.
دورة الحياة: في الحالات التي تتطلب الشحن والتفريغ بشكل متكرر (على سبيل المثال، أنظمة تخزين الطاقة)، يكون اختيار بطارية NMC ذات دورة حياة أطول أكثر اقتصادا.
التكلفة: في حين أن التكلفة الأولية بطاريات NMC قد تكون أعلى من الأنواع الأخرى من البطاريات، وتكاليف تشغيلها على المدى الطويل وتكرار الاستبدال أقل.
إمكانية الشحن السريع: وفي الحالات التي تتطلب الشحن السريع، فمن الأنسب اختيار بطارية NMC يمكنها دعم الشحن السريع.
التطورات المستقبلية في تكنولوجيا البطاريات NMC
زيادة كثافة الطاقة:
من خلال التحسينات في كيمياء البطارية والتصميم الهيكلي، المستقبل بطاريات NMC سوف تسعى إلى زيادة كثافة الطاقة، مما يؤدي إلى نطاقات أطول في تطبيقات مثل السيارات الكهربائية، مع تقليل حجم البطارية ووزنها.
تقليل الاعتماد على الكوبالت:
الكوبالت مادة نادرة وباهظة الثمن، وعملية تعدينه غالبًا ما تنطوي على مخاوف بيئية وحقوقية. لذلك، يعد تقليل استخدام الكوبالت أو القضاء عليه في بطاريات NMC اتجاهًا بحثيًا مهمًا لتقليل التكاليف وتحسين استدامة البطارية.
تحسين استقرار الدورة وعمرها:
ويعمل الباحثون على تحسين استقرار الدورة والعمر الإجمالي لبطاريات NMC، مما سيقلل من تكرار عمليات الاستبدال وخفض تكلفة الاستخدام على المدى الطويل.
في الختام
بطاريات NMC هي بطاريات قابلة لإعادة الشحن عالية الأداء معروفة بكثافة الطاقة العالية وطول العمر والأداء العام الجيد. تتكون هذه البطارية من أكسيد مختلط من النيكل والمنغنيز والكوبالت كمادة القطب الموجب، والجرافيت كمادة القطب السالب، وتستخدم محلول ملح الليثيوم كمحلول إلكتروليت.
ويستخدم على نطاق واسع في مجموعة متنوعة من المجالات، بما في ذلك السيارات الكهربائية والأجهزة الإلكترونية المحمولة وأنظمة تخزين الطاقة والدراجات الكهربائية والدراجات البخارية الكهربائية والطائرات بدون طيار والمعدات الصناعية والطبية.
أخيرًا، إذا كنت مهتمًا باستكشاف مجموعة من بطاريات NMC للاستخدام المنزلي والتجاري، فراجع القائمة الشاملة لعروض المنتجات على Alibaba.com.
