יסודות נייר הנחושת בסוללות ליתיום-יון

אחת המתכות החיוניות ביותר על פני כדור הארץ היא נחושת. בלעדיה, איננו מסוגלים לעשות את הדברים שאנו מקבלים כמובן מאליו, כמו הדלקת אורות או צפייה בטלוויזיה. נחושת היא העורקים שגורמים למחשבים לתפקד. לא היינו מסוגלים לנסוע במכוניות בלי נחושת. טלקומוניקציה תפסיק לעבוד. וסוללות ליתיום-יון לא יעבדו כלל בלעדיה.

סוללות ליתיום-יון משתמשות במתכות כמו נחושת ואלומיניום כדי ליצור מטען חשמלי. לכל סוללת ליתיום-יון יש אנודת גרפיט, קתודה של תחמוצת מתכת, והיא משתמשת באלקטרוליטים המוגנים על ידי מפריד. טעינת הסוללה גורמת ליוני ליתיום לזרום דרך האלקטרוליטים ולהתאסף באנודת הגרפיט יחד עם אלקטרונים הנשלחים דרך החיבור. ניתוק הסוללה שולח את היונים בחזרה למקום בו הגיעו ומאלץ את האלקטרונים לעבור דרך המעגל ויוצר חשמל. הסוללה תתרוקן לאחר שכל יוני הליתיום והאלקטרונים יחזרו לקתודה.

אז, איזה תפקיד ממלאת נחושת בסוללות ליתיום-יון? גרפיט מתמזג עם נחושת בעת יצירת האנודה. נחושת עמידה בפני חמצון, שהוא תהליך כימי שבו אלקטרונים של יסוד אחד אובדים ליסוד אחר. זה גורם לקורוזיה. חמצון מתרחש כאשר חומר כימי וחמצן מקיימים אינטראקציה עם יסוד, כמו האופן שבו ברזל שבא במגע עם מים וחמצן יוצר חלודה. נחושת היא למעשה חסינה בפני קורוזיה.

נייר נחושתמשמש בעיקר בסוללות ליתיום-יון מכיוון שאין הגבלות על גודלן. ניתן להשתמש בהן כמה זמן שתרצו ודקה כרצונכם. נחושת היא מטבעה קולטת זרם חזקה, אך היא גם מאפשרת פיזור זרם גדול ושווה.

ישנם שני סוגים של נייר נחושת: מגולגל ואלקטרוליטי. נייר נחושת מגולגל בסיסי משמש לכל יצירה ועיצוב. הוא נוצר באמצעות תהליך של החדרת חום תוך כדי לחיצה בעזרת מערוכים. יצירת נייר נחושת אלקטרוליטי היא טכנולוגיה מורכבת יותר. זה מתחיל בהמסת נחושת איכותית בחומצה. זה יוצר אלקטרוליט נחושת שניתן להוסיף לנחושת באמצעות תהליך הנקרא ציפוי אלקטרוליטי. בתהליך זה, חשמל משמש להוספת האלקטרוליט של הנחושת לרדיד הנחושת בתופים מסתובבים טעונים חשמלית.

נייר נחושת אינו חף מפגמים. נייר נחושת יכול להתעוות. אם זה קורה, איסוף ופיזור האנרגיה עלולים להיפגע קשות. יתרה מכך, נייר נחושת יכול להיות מושפע ממקורות חיצוניים כגון אותות אלקטרומגנטיים, אנרגיית מיקרוגל וחום קיצוני. גורמים אלה עלולים להאט או אפילו להרוס את יכולתו של נייר הנחושת לפעול כראוי. אלקליות וחומצות אחרות עלולות לפגוע ביעילותו של נייר הנחושת. זו הסיבה שחברות כמוסיווןמתכות יוצרות מגוון רחב של מוצרי נייר נחושת.

יש להם נייר נחושת מוגן שנלחם בחום ובצורות אחרות של הפרעות. הם מייצרים נייר נחושת עבור מוצרים ספציפיים כמו מעגלים מודפסים (PCBs) ומעגלים גמישים (FCBs). באופן טבעי הם מייצרים נייר נחושת עבור סוללות ליתיום-יון.

סוללות ליתיום-יון הופכות לנורמה יותר ויותר, במיוחד במכוניות מכיוון שהן מפעילות מנועי אינדוקציה כמו אלה שטסלה מייצרת. למנועי אינדוקציה יש פחות חלקים נעים ויש להם ביצועים טובים יותר. מנועי אינדוקציה נחשבו כבלתי ניתנים להשגה בהתחשב בדרישות הספק שלא היו זמינות באותה תקופה. טסלה הצליחה לגרום לכך לקרות עם תאי סוללת הליתיום-יון שלה. כל תא מורכב מסוללות ליתיום-יון נפרדות, שכולן עשויות נייר נחושת.

הביקוש לרדיד נחושת הגיע לשיאים ניכרים. שוק רדיד הנחושת הכניס למעלה מ-7 מיליארד דולר לאמריקאים בשנת 2019 וצפוי להכניס למעלה מ-8 מיליארד דולר לאמריקאים בשנת 2026. זאת בשל שינויים בתעשיית הרכב המבטיחים מעבר ממנועי בעירה פנימית לסוללות ליתיום-יון. עם זאת, מכוניות לא יהיו התעשייה היחידה שתופגע, שכן מחשבים ומוצרי אלקטרוניקה אחרים משתמשים גם ברדיד נחושת. זה רק יבטיח שהמחיר עבור...נייר נחושתימשיך לעלות בעשור הקרוב.

סוללות ליתיום-יון נרשמו לראשונה כפטנט בשנת 1976, והן יוצרו באופן מסחרי המוני בשנת 1991. בשנים שלאחר מכן, סוללות ליתיום-יון הפכו פופולריות יותר ושופרו במידה ניכרת. בהתחשב בשימושן במכוניות, ניתן לומר בבטחה שהן ימצאו שימושים אחרים בעולם התלוי באנרגיה דליקה, שכן הן נטענות ויעילות יותר. סוללות ליתיום-יון הן עתיד האנרגיה, אך הן כלום בלי נייר נחושת.