كيف يتم استخدام بطاريات الليثيوم أيون في الدفاع الوطني والشؤون العسكرية؟
لا يؤدي تطبيق بطاريات الليثيوم أيون إلى توفير المساحة وتقليل التكاليف فحسب ، بل يحل أيضًا مشكلة ضرورة مطابقة سعة كل بطارية مع بعضها البعض عند دمج البطاريات في سلسلة ، وبالتالي زيادة كثافة الطاقة وتحسين موثوقيتها ؛ وبطاريات الليثيوم أيون ليس لها تأثير على الذاكرة ، ولا تلوث بيئي.
كنوع جديد من البطاريات الثانوية ، مع التحسين المستمر لأدائها ، مثل أداء الدورة ، وأداء درجات الحرارة المنخفضة ، وعمر التخزين والسلامة ، وما إلى ذلك ، يجب أن يكون لها مجموعة واسعة من التطبيقات في مجال المعدات العسكرية.
في نهاية السبعينيات ، بدأ استخدام بطاريات الليثيوم الأولية في المعدات العسكرية ومعدات الفضاء ، في معدات الاتصالات الخاصة بالجيش الأمريكي ، تشتمل البطاريات الأولية المستخدمة حاليًا بشكل أساسي على بطاريات الزنك والمنغنيز القلوية وبطاريات المغنيسيوم والمنغنيز.
تشتمل بطاريات التخزين بشكل أساسي على بطاريات الكادميوم / النيكل المختومة ، وبطاريات حمض الرصاص المختومة التي ينظمها الصمام ، وبطاريات MH / Ni وبطاريات الليثيوم أيون ، مقارنة ببطاريات المنغنيز القلوية التجارية العادية ، تتمتع بطاريات الليثيوم الأولية الليثيوم / كلوريد الثيونيل بأداء ممتاز ولكن تكاليف تصنيع أعلى.
النوع عالي الطاقة لم يحل تمامًا مشكلة سلامة الانفجارات بسبب الهروب الحراري ، لذلك لم يتم استخدامه على نطاق واسع ، تحتوي بطاريات الرصاص الحمضية على طاقة نوعية منخفضة وحجم كبير وتلوث للبيئة.
تتميز بطاريات الزنك والمنغنيز بطاقة نوعية منخفضة وأداء تخزين ضعيفة و تمتلك بطاريات النيكل والكادميوم طاقة نوعية منخفضة ولها تأثير على الذاكرة ، تعمل البطارية الحرارية على زيادة حجم وكتلة البطارية بسبب نظام التدفئة الإضافي ، في المقابل ، تتمتع بطاريات الليثيوم أيون بمزايا أكثر ، لذلك من الضروري للغاية تطوير بطاريات ليثيوم أيون عالية الأداء لمختلف المعدات العسكرية ومجالات الطيران.
في الوقت الحاضر ، تُستخدم بطاريات الليثيوم أيون بشكل أساسي في الجيش لمعدات الاتصالات المحمولة والأسلحة الآلية وطاقة الفضاء ونظام تحديد المواقع العالمي (GPS) ، قامت شركة Rayovac وشركة Covalent الأمريكية بإجراء أبحاث وتطوير تقنية بطاريات أيونات الليثيوم لأجهزة الكشف غير المأهولة تحت الماء.
عمر دورة هذه البطارية أطول بكثير من بطارية الليثيوم المعدنية السلبية ، وقعت Rayovac عقدًا مع البحرية الأمريكية لتطوير مواد قطبية سالبة لبطاريات ليثيوم أيون كبيرة السعة ، وستقوم لاحقًا بتطوير بطارية واحدة بسعة 20 أمبير في الساعة.
تهتم وزارة الدفاع الأمريكية كثيرًا بتطوير بطاريات أيونات الليثيوم ذات الأداء الجيد في درجات الحرارة المنخفضة كما أقامت علاقات تعاون مع العديد من الجامعات والمعاهد البحثية المعروفة لتلبية احتياجات تطوير المحطات الفضائية والمعدات العسكرية المحمولة.
تستخدم بطاريات الليثيوم في المعدات العسكرية ومعدات الطيران
تتطلب الأسلحة المحمولة المستخدمة في العمليات البرية والبحرية والجوية ، وخاصة العمليات البرية للجيش ، بطاريات ثانوية ذات طاقة محددة عالية ، وأداء ممتاز في درجات الحرارة العالية والمنخفضة ، وخفة الوزن ، والتصغير ، وإمدادات لوجستية بسيطة ، وتكلفة منخفضة ؛ بطاريات الليثيوم أيون للاتصالات العسكرية وتطبيقات الفضاء تتجه أيضًا إلى الأمان والموثوقية العالية ، ودورة الحياة الطويلة ، والطاقة النوعية العالية والوزن الخفيف لذلك ، فإن البحث عن بطاريات الليثيوم أيون ذات القدرة على التكيف مع البيئة الجيدة ، والطاقة النوعية العالية ، والسلامة العالية ، والصغيرة والخفيفة الوزن هي النقطة الساخنة الحالية واتجاه التطوير المستقبلي.
بطاريات الليثيوم أيون هي محور تطوير بطاريات الاتصالات العسكرية في الوقت الحاضر ، وصلت طاقتها النوعية بالوزن إلى 150W · h / kg ، والهدف التالي هو الزيادة إلى 170 ~ 200W · h / kg يجب أن يؤدي استخدام بطاريات الليثيوم أيون في معدات الاتصال أيضًا إلى حل مشكلات السلامة المستخدمة أولاً و نظرًا لأن هذا النوع من البطاريات يتميز بوزن خفيف وسعة عالية وأداء كهربائي ممتاز وأداء احتفاظ بالشحن ، إلا أن مشكلة السلامة بارزة جدًا أيضًا.
في السنوات الأخيرة ، مع زيادة الطاقة المحددة للبطاريات ، تم تعزيز البحث حول سلامة البطارية وأداء التفريغ في درجات الحرارة المنخفضة بالإضافة إلى ماس كهربائى ، والشحن الزائد ، والإفراط في التفريغ ، والثقب ، والضغط ، وصدمة درجة الحرارة ، واختبار الاحتراق ، يضيف اختبار الأمان أيضًا محتوى اختبار طلقة البندقية للتأكد من أن البطارية لن تحترق أو تنفجر عند استخدامها في زمن الحرب والبيئات القاسية. .
بطاريات الاتصالات العسكرية
في البحث عن تقنية أمان بطارية الليثيوم أيون ، من الضروري الانتباه إلى البحث حول تحسين أدائها الشامل ، أي لزيادة تحسين أداء البطارية في إطار فرضية ضمان سلامة البطارية ، أي بالتحكم في كمية ونسبة المواد النشطة الموجبة والسالبة للبطارية ، واستخدام مادة فاصلة بوظيفة الإغلاق الحراري ، وإضافة مواد مضافة يمكنها مقاومة الشحن الزائد والتفريغ الزائد في الإلكتروليت ، والتحكم الصارم في بيئة العملية والإنتاج ، و على البطارية المفردة مع الغطاء المضاد للانفجار ، وحزمة البطارية بالإضافة إلى ماس كهربائى ، والشحن الزائد ، ودوائر الحماية من التفريغ الزائد ومكونات حماية PTC وتدابير السلامة الأخرى ، تم حل مشكلة السلامة بشكل أفضل لتجنب الانفجار والاحتراق في التجارب المختلفة.
خذ بطارية 18650 كمثال : التفريغ إلى 2.75 فولت عند 0.2 درجة مئوية و 5 أمبير عند -40 درجة مئوية ، والذي يمكنه تفريغ سعة تزيد عن 30٪ من السعة المقدرة في درجة حرارة الغرفة ، يتم تفريغ حزمة بطارية ليثيوم أيون 14.4 فولت ، 1.9 أمبير في الساعة إلى 10 فولت عند 0.2 درجة مئوية ، 5 أمبير عند -35 درجة مئوية ، ويمكن تفريغ سعة تزيد عن 70٪ من السعة المقدرة في درجة حرارة الغرفة و هذا يدل على أن بطاريات الليثيوم أيون للاتصالات العسكرية حققت تقدمًا جيدًا في تحسين أداء التفريغ في درجات الحرارة المنخفضة.
زادت سعة الاحتفاظ بالشحن الشهرية الآن إلى 92٪ ~ 96٪ ، وهو ما يعادل المستوى المتقدم الدولي
سواء كان الطوربيد المطور حديثًا خفيفًا (مثل طوربيد MU90) أو طوربيد ثقيل (مثل "القرش الأسود") ، يجب أن تصل سرعته إلى أكثر من 50kn لذلك ، يحتاج الطوربيد الخفيف إلى أكثر من 100kW ويحتاج الطوربيد الثقيل إلى حوالي 250 ~ 300kW ، توفر الطوربيدات طولًا محدودًا لبطاريات تخزين الطاقة و بشكل عام ، طوربيدات ضوئية بقطر خارجي 320 مم توفر بطاريات بطول حوالي 650 مم ؛ طوربيدات ثقيلة بقطر خارجي 530 مم توفر بطاريات بطول حوالي 1800 مم و بطاريات طوربيد الحرب هي عمومًا بطاريات ألمنيوم / أكسيد الفضة و نظرًا للاختلاف في الأداء بين البطاريات الثانوية لأكسيد الزنك / الفضة وبطاريات أكسيد الألومنيوم / الفضة ، إذا تم استخدام بطاريات الزنك / أكسيد الفضة كبطاريات لطوربيد "القرش الأسود" ، فإن بطارية واحدة تبلغ 1400 جم / 65 أمبير · ساعة / 1. 32V مطلوب. 37 × 8 = 296 خلية ، يبلغ طول حزمة البطارية 174 سم ، أي ما مجموعه 410 كجم ، لكنها لا تلبي متطلبات الإطلاق عالي السرعة ، في هذه الحالة ، من الضروري عادةً تلبية متطلبات سرعة الطاقة وتقصير وقت الإبحار ، لكن وقت الإبحار قصير جدًا بحيث لا يزال يؤثر على تأثير التدريب.
من أجل تلبية متطلبات البرق الكهربائي عالي السرعة الجديد high-speed electric lightning ، أجرت شركة Saft الفرنسية وشركة Yadner الأمريكية بحثًا حول جدوى بطاريات الليثيوم أيون لتشغيل البرق lightning و تعمل المقاومة الداخلية للبطارية أيضًا على تحسين مقاومة البطارية للصدمات والاهتزازات ، بحيث تلبي البطارية متطلبات التجارب البيئية المناسبة للصواعق lightning.
مع التحسين المستمر لأداء التفريغ عالي التيار لبطاريات الليثيوم أيون ، يتم أيضًا إجراء بحث على بطاريات الليثيوم أيون وحدها لمكافحة بطاريات الرعد combat thunder batteries ، نوع جديد من الطوربيد الخفيف طوره مركز أبحاث الحرب تحت الماء التابع للبحرية الأمريكية في نيوبورت ، جنوب شرق مدينة رود آيلاند ، يستخدم بطارية ليثيوم أيون وبطارية من أكسيد الألومنيوم / الفضة لتشكيل مصدر طاقة هجين ، مع محرك و a المروحة ، جهاز الدفع المتكامل الجديد هو نظام الدفع ، الذي يجمع بين التكنولوجيا الجديدة لإمداد الطاقة الكيميائية والتكنولوجيا الجديدة لقوة الدفع ، بحيث يتم تحسين الطاقة المحددة لقسم الطاقة بأكمله ، وتحسين الأداء العام للطوربيد.
أجرت شركة Savotte الفرنسية بحثًا تطبيقيًا على المعدات البحرية و الهدف الرئيسي هو استخدام بطاريات الليثيوم أيون في الغواصات (بما في ذلك الغواصات النووية والغواصات التقليدية) ، والسفينة الكهربائية بالكامل AES ، وجهاز الملاحة غير المأهول تحت الماء UUV.
بطاريات الليثيوم أيون للغواصات
في الوقت الحاضر ، لا تزال الغواصات في مختلف البلدان تستخدم بشكل أساسي بطاريات الرصاص الحمضية كمصدر للطاقة للدفع و وفقًا لتعليقات NAVAL FORCES ، تتمتع بطاريات الليثيوم أيون التي طورتها شركة SAFT الفرنسية للغواصات بالمزايا التالية مقارنة ببطاريات الرصاص الحمضية للغواصات: الجودة هي 3 أضعاف جودة بطاريات الرصاص الحمضية ؛ دورة حياة 3 مرات من بطاريات الرصاص الحمضية ؛ صيانة مجانية؛ لا يوجد تأثير الذاكرة ، في الوقت نفسه ، يتم إجراء تحليل شامل للسلامة.
نظرًا لاستخدام أنواع مختلفة من مستشعرات درجة الحرارة ومستشعرات الجهد ، تتركز البيانات في نظام إدارة البطارية بما في ذلك تدابير السلامة ، والتي يمكن أن تتجنب بشكل فعال الشحن الزائد أو ماس كهربائى أو ارتفاع درجة الحرارة أو ما شابه ذلك ، قدمت SAFT بالفعل بطاريات ليثيوم أيون للغواصات في عام 2003 في وحدة غواصة Dauphin المستخدمة "
يُظهر تطبيق بطاريات الليثيوم أيون في جميع السفن الكهربائية (AES) أيضًا ميزة تنافسية بالإضافة إلى الدفع الكهربائي المتكامل ، تشتمل السفينة الكهربائية بالكامل أيضًا على محركات رئيسية متقدمة ومعدات كهربائية كاملة للمعدات المساعدة ، لقد أتاح تطوير السفن الكهربائية بالكامل سوقًا ضخمة لتطوير بعض بطاريات التخزين.
ميزة بطاريات الليثيوم أيون لجميع السفن الكهربائية هي: توفير جهد عمل عالي ، سواء كانت بطاريات الليثيوم أيون ذات الوحدة أو الكتلة ، يمكن أن توفر جهدًا أعلى من 700 فولت خلال دورة العمل المطلوبة ؛ يمكن تشتيت الطاقة وتخزينها في وجود بطاريات كافية لضمان طاقة ملاحية كافية ؛ نظرًا للطاقة النوعية العالية ، فإن حزمة البطارية ذات جودة منخفضة ، ولا يوجد تطور هيدروجين ، وتطور أكسجين ، وأمان وموثوقية ،
هناك ما يقرب من ثلاثة أنواع من أجهزة الملاحة غير المأهولة تحت الماء ، جميع أنواع الأشكال تحت الماء مع الروبوتات تحت الماء كجسم رئيسي مثل بعض الكائنات تحت الماء ، ويمكن أن تؤدي تلقائيًا مهمة معينة من الأجهزة الذكية تحت الماء ؛ ②يمكن إجراء البحث عن الألغام والتداخل وتتبع الغواصات ، وما إلى ذلك يشار إلى المركبات ذاتية الدفع تحت الماء مع إمكانات التعرف ، وقدرات الكشف عن البيانات البيئية ، وقدرات الاتصال عادةً باسم AUVs (المركبات ذاتية الدفع تحت الماء) ؛ وهو سلاح مستقبلي تحت الماء يشبه الغواصات ذات القدرات الهجومية.
في الموارد البترولية النادرة بشكل متزايد اليوم ، فإن الاستخدام الواسع لبطاريات الليثيوم أيون في المعدات العسكرية سيمكن من تصغير المعدات العسكرية وتقليل الوزن وتوفير الطاقة
