מהן סוללות ליתיום-יון

סוללות ליתיום-יון הן סוג פופולרי של סוללות כימיות. יתרון עיקרי שמציעות סוללות אלו הוא שהן נטענות. בשל תכונה זו, הן נמצאות ברוב מכשירי הצריכה כיום המשתמשים בסוללה. ניתן למצוא אותן בטלפונים, כלי רכב חשמליים ועגלות גולף המופעלות על ידי סוללות.

כיצד פועלות סוללות ליתיום-יון?

סוללות ליתיום-יון מורכבות מתא ליתיום-יון אחד או יותר. הן מכילות גם לוח מעגלים מגן למניעת טעינת יתר. התאים נקראים סוללות לאחר שהותקנו אותם במעטפת עם לוח מעגלים מגן.

האם סוללות ליתיום-יון זהות לסוללות ליתיום?

לא. סוללת ליתיום וסוללת ליתיום-יון שונות בתכלית. ההבדל העיקרי הוא שהאחרונות נטענות. הבדל עיקרי נוסף הוא חיי המדף. סוללת ליתיום יכולה להחזיק מעמד עד 12 שנים ללא שימוש, בעוד שלסוללות ליתיום-יון יש חיי מדף של עד 3 שנים.

מהם המרכיבים העיקריים של סוללות ליתיום-יון

לתאי ליתיום-יון ארבעה רכיבים עיקריים. אלו הם:

אָנוֹדָה

האנודה מאפשרת לחשמל לעבור מהסוללה למעגל חיצוני. היא גם אוגרת יוני ליתיום בעת טעינת הסוללה.

קָטוֹדָה

הקתודה היא זו שקובעת את קיבולת התא ואת המתח. היא מייצרת יוני ליתיום בעת פריקת הסוללה.

אלקטרוליט

האלקטרוליט הוא חומר המשמש כצינור למעבר יוני ליתיום בין הקתודה לאנודה. הוא מורכב ממלחים, תוספים וממסים שונים.

המפריד

החלק האחרון בתא ליתיום-יון הוא המפריד. הוא משמש כמחסום פיזי כדי להפריד בין הקתודה לאנודה.

סוללות ליתיום-יון פועלות על ידי העברת יוני ליתיום מהקתודה לאנודה ולהיפך דרך האלקטרוליט. כאשר היונים נעים, הם מפעילים אלקטרונים חופשיים באנודה, ויוצרים מטען בקולט הזרם החיובי. אלקטרונים אלה זורמים דרך המכשיר, טלפון או עגלת גולף, לקולט השלילי וחזרה לקתודה. הזרימה החופשית של אלקטרונים בתוך הסוללה נמנעת על ידי המפריד, מה שדוחק אותם לעבר המגעים.

כאשר טוענים סוללת ליתיום-יון, הקתודה משחררת יוני ליתיום, והם נעים לכיוון האנודה. בעת הפריקה, יוני ליתיום נעים מהאנודה לקתודה, מה שיוצר זרימת זרם.

מתי הומצאו סוללות ליתיום-יון?

סוללות ליתיום-יון הוצגו לראשונה בשנות ה-70 על ידי הכימאי האנגלי סטנלי ויטינגהם. במהלך ניסוייו, המדענים חקרו מגוון כימיות לסוללה שיכולה לטעון את עצמה. הניסוי הראשון שלו כלל טיטניום דיסולפיד וליתיום כאלקטרודות. עם זאת, הסוללות היו קצרות ומתפוצצות.

בשנות ה-80, מדען נוסף, ג'ון ב. גודנוף, לקח על עצמו את האתגר. זמן קצר לאחר מכן, אקירה יושינו, כימאי יפני, החל לחקור את הטכנולוגיה. יושינו וגודנוף הוכיחו כי מתכת ליתיום הייתה הגורם העיקרי לפיצוצים.

בשנות ה-90, טכנולוגיית ליתיום-יון החלה לצבור תאוצה, והפכה במהירות למקור כוח פופולרי עד סוף העשור. זו הייתה הפעם הראשונה שהטכנולוגיה הוסחורה על ידי סוני. הרקורד הבטיחותי הגרוע של סוללות ליתיום הניע את פיתוחן של סוללות ליתיום-יון.

בעוד שסוללות ליתיום יכולות להחזיק בצפיפות אנרגיה גבוהה יותר, הן אינן בטוחות במהלך טעינה ופריקה. מצד שני, סוללות ליתיום-יון בטוחות למדי לטעינה ופריקה כאשר המשתמשים מקפידים על הנחיות בטיחות בסיסיות.

מהי הכימיה הטובה ביותר של יון ליתיום?

ישנם סוגים רבים של סוללות ליתיום-יון. אלה הזמינים מסחרית הם:

ליתיום טיטנאט
ליתיום ניקל קובלט אלומיניום אוקסיד
ליתיום ניקל מנגן קובלט אוקסיד
ליתיום מנגן אוקסיד (LMO)
ליתיום קובלט אוקסיד
ליתיום ברזל פוספט (LiFePO4)

ישנם סוגים רבים של רכיבים כימיים לסוללות ליתיום-יון. לכל אחד מהם יתרונות וחסרונות. עם זאת, חלקם מתאימים רק למקרי שימוש ספציפיים. לפיכך, הסוג שתבחרו יהיה תלוי בצורכי החשמל שלכם, בתקציב, בסבילות הבטיחות ובמקרה השימוש הספציפי שלכם.

עם זאת, סוללות LiFePO4 הן האפשרות הזמינה ביותר מבחינה מסחרית. סוללות אלו מכילות אלקטרודת גרפיט-פחמן, המשמשת כאנודה, ופוספט כקתודה. יש להן אורך חיים ארוך של עד 10,000 מחזורים.

בנוסף, הן מציעות יציבות תרמית מעולה ויכולות להתמודד בבטחה עם עליות מתח קצרות. סוללות LiFePO4 מדורגות לסף טמפרטורה של עד 510 מעלות פרנהייט, הגבוה ביותר מבין כל סוגי סוללות ליתיום-יון הזמינות מסחרית.

יתרונות סוללות LiFePO4

בהשוואה לסוללות עופרת חומצה וסוללות ליתיום אחרות, לסוללות ליתיום ברזל פוספט יש יתרון עצום. הן נטענות ומתפרקות ביעילות, מחזיקות מעמד זמן רב יותר ויכולות לבצע מחזור עמוק.קלמבלי לאבד קיבולת. יתרונות אלה משמעותם שהסוללות מציעות חיסכון עצום בעלויות לאורך חייהן בהשוואה לסוגי סוללות אחרים. להלן מבט על היתרונות הספציפיים של סוללות אלו בכלי רכב בעלי הספק נמוך ובציוד תעשייתי.

סוללת LiFePO4 בכלי רכב במהירות נמוכה

כלי רכב חשמליים במהירות נמוכה (LEVs) הם כלי רכב בעלי ארבעה גלגלים שמשקלם פחות מ-1360 ק"ג. הם מופעלים על ידי סוללות חשמליות, מה שהופך אותם לבחירה פופולרית עבור עגלות גולף ושימושים פנאי אחרים.

כשבוחרים את סוללה ה-LEV שלכם, אחד השיקולים החשובים ביותר הוא אורך החיים. לדוגמה, עגלות גולף המופעלות על ידי סוללה צריכות להיות בעלות מספיק כוח כדי לנסוע במסלול גולף בן 18 גומות מבלי שיהיה צורך לטעון אותן.

שיקול חשוב נוסף הוא לוח הזמנים לתחזוקה. סוללה טובה לא אמורה לדרוש תחזוקה כדי להבטיח הנאה מרבית מפעילותכם הנינוחה.

הסוללה צריכה להיות מסוגלת לפעול גם בתנאי מזג אוויר מגוונים. לדוגמה, היא צריכה לאפשר לכם לשחק גולף גם בחום הקיץ וגם בסתיו כאשר הטמפרטורות יורדות.

סוללה טובה צריכה להגיע גם עם מערכת בקרה שתבטיח שהיא לא תתחמם יתר על המידה או תתקרר יותר מדי, מה שיפגע בקיבולת שלה.

אחד המותגים הטובים ביותר שעומד בכל התנאים הבסיסיים אך החשובים הללו הוא ROYPOW. קו סוללות הליתיום LiFePO4 שלהם מדורגות לטמפרטורות של 4°F עד 131°F. הסוללות מגיעות עם מערכת ניהול סוללות מובנית וקלות ביותר להתקנה.

יישומים תעשייתיים לסוללות ליתיום-יון

סוללות ליתיום-יון הן אופציה פופולרית ביישומים תעשייתיים. החומר הכימי הנפוץ ביותר בו נעשה שימוש הוא סוללות LiFePO4. חלק מהציוד הנפוץ ביותר המשתמש בסוללות אלו הוא:

מלגזות למעברים צרים
מלגזות מאוזנות
מלגזות 3 גלגלים
מכשירי ווקי
רוכבי קצה ומרכז

ישנן סיבות רבות לכך שסוללות ליתיום-יון צוברות פופולריות בסביבות תעשייתיות. העיקריות שבהן הן:

קיבולת גבוהה ואריכות ימים

לסוללות ליתיום-יון יש צפיפות אנרגיה ואורך חיים גדולים יותר בהשוואה לסוללות עופרת-חומצה. הן יכולות לשקול שליש ממשקלן ולספק את אותה תפוקה.

מחזור החיים שלהם הוא יתרון משמעותי נוסף. עבור פעילות תעשייתית, המטרה היא לשמור על עלויות חוזרות לטווח קצר למינימום. עם סוללות ליתיום-יון, סוללות מלגזות יכולות להחזיק מעמד פי שלושה, מה שמוביל לחיסכון עצום בעלויות בטווח הארוך.

הם יכולים גם לפעול בעומק פריקה גדול יותר של עד 80% מבלי להשפיע על הקיבולת שלהם. יתרון נוסף לכך הוא חיסכון בזמן. אין צורך לעצור את הפעילות באמצע כדי להחליף סוללות, מה שיכול להוביל לחיסכון של אלפי שעות עבודה על פני תקופה ארוכה מספיק.

טעינה במהירות גבוהה

עם סוללות עופרת-חומצה תעשייתיות, זמן הטעינה הרגיל הוא בערך שמונה שעות. זה שווה ערך למשמרת שלמה של 8 שעות שבה הסוללה אינה זמינה לשימוש. כתוצאה מכך, מנהל חייב לקחת בחשבון את זמן ההשבתה הזה ולרכוש סוללות נוספות.

עם סוללות LiFePO4, זה לא אתגר. דוגמה טובה לכך היאסוללות ליתיום LifePO4 תעשייתיות של ROYPOW, אשר נטענות פי ארבעה מהר יותר מסוללות עופרת חומצה. יתרון נוסף הוא היכולת להישאר יעילות במהלך פריקה. סוללות עופרת חומצה סובלות לעיתים קרובות מפיגור בביצועים כשהן מתרוקנות.

לסדרת הסוללות התעשייתיות של ROYPOW אין גם בעיות זיכרון, הודות למערכת ניהול סוללות יעילה. סוללות עופרת חומצה סובלות לעיתים קרובות מבעיה זו, מה שעלול להוביל לכישלון להגיע לקיבולת מלאה.

עם הזמן, זה גורם לסולפטציה, שיכולה לקצר את תוחלת החיים הקצרה ממילא שלהן בחצי. הבעיה מתרחשת לעתים קרובות כאשר סוללות עופרת חומצה מאוחסנות ללא טעינה מלאה. ניתן לטעון סוללות ליתיום במרווחי זמן קצרים ולאחסן אותן בכל קיבולת מעל אפס ללא בעיות.

בטיחות וטיפול

לסוללות LiFePO4 יש יתרון עצום בסביבות תעשייתיות. ראשית, יש להן יציבות תרמית מעולה. סוללות אלו יכולות לפעול בטמפרטורות של עד 131°F מבלי לסבול נזק כלשהו. סוללות עופרת חומצה יאבדו עד 80% ממחזור החיים שלהן בטמפרטורה דומה.

בעיה נוספת היא משקל הסוללות. עבור קיבולת סוללה דומה, סוללות עופרת חומצה שוקלות משמעותית יותר. ככאלה, הן דורשות לעתים קרובות ציוד ספציפי וזמן התקנה ארוך יותר, מה שיכול להוביל לפחות שעות אדם המושקעות בעבודה.

נושא נוסף הוא בטיחות העובדים. באופן כללי, סוללות LiFePO4 בטוחות יותר מסוללות עופרת-חומצה. על פי הנחיות OSHA, יש לאחסן סוללות עופרת-חומצה בחדר מיוחד עם ציוד שנועד לסלק אדים מסוכנים. זה מוסיף עלות ומורכבות נוספות לפעילות תעשייתית.

מַסְקָנָה

לסוללות ליתיום-יון יש יתרון ברור בסביבות תעשייתיות וברכבים חשמליים בעלי מהירות נמוכה. הן מחזיקות מעמד זמן רב יותר, וכתוצאה מכך חוסכות למשתמשים כסף. סוללות אלו גם דורשות אפס תחזוקה, דבר שחשוב במיוחד בסביבה תעשייתית שבה חיסכון בעלויות הוא בעל חשיבות עליונה.