סוללת ליתיום
תוכן
סוללת ליתיום יון או סוללת ליתיום יון היא סוג של סוללת ליתיום
טכנולוגיות מתפתחות לניידות אלקטרונית
סמארטפונים, מצלמות על הסיפון, מזל"טים, כלי עבודה חשמליים, אופנועים חשמליים, קורקינטים... סוללות ליתיום נמצאות בכל מקום בחיי היומיום שלנו היום וחוללו מהפכה בשימושים רבים. אבל מה הם בעצם מביאים והאם הם עדיין יכולים להתפתח?
כתבה
זה היה בשנות ה-1970 שסוללת הליתיום-יון הוצגה על ידי סטנלי וויטינגהאם. עבודתו של האחרון תימשך על ידי ג'ון ב. גודנו ואקירו יושינו ב-1986. רק ב-1991 השיקה סוני את הסוללה הראשונה מסוגה בשוק והחלה במהפכה טכנולוגית. בשנת 2019, שלושה ממציאים שותפים זכו בפרס נובל בכימיה.
איך זה עובד?
סוללת ליתיום-יון היא למעשה חבילה של מספר תאי ליתיום-יון האוגרים ומחזירים אנרגיה חשמלית. סוללה מבוססת על שלושה מרכיבים עיקריים: אלקטרודה חיובית, הנקראת קתודה, אלקטרודה שלילית, הנקראת אנודה, ואלקטרוליט, תמיסה מוליכה.
כאשר הסוללה מתרוקנת, האנודה פולטת אלקטרונים דרך האלקטרוליט אל הקתודה, שבתורה מחליפה יונים חיוביים. שינויים בתנועה בזמן הטעינה.
לכן עקרון הפעולה נשאר זהה לסוללת "עופרת", אלא שכאן מחליפים את תחמוצת העופרת והעופרת של האלקטרודות בקתודה של תחמוצת קובלט, הכוללת מעט שושן ואנודת גרפיט. כמו כן, חומצה גופרתית או אמבט מים מפנים את מקומם לאלקטרוליט של מלחי ליתיום.
האלקטרוליט המשמש כיום הוא בצורה נוזלית, אך המחקר מתקדם לעבר אלקטרוליט מוצק, בטוח ועמיד יותר.
יתרונות
מדוע סוללת הליתיום-יון החליפה את כולם ב-20 השנים האחרונות?
התשובה פשוטה. סוללה זו מספקת צפיפות אנרגיה מעולה ולכן מספקת את אותם ביצועים לחיסכון במשקל בהשוואה לעופרת, ניקל ...
לסוללות אלו יש גם פריקה עצמית נמוכה יחסית (מקסימום 10% לחודש), ללא תחזוקה וללא אפקט זיכרון.
לבסוף, אם הם יקרים יותר מטכנולוגיות סוללות ישנות יותר, הם זולים יותר מפולימר ליתיום (Li-Po) ונשארים יעילים יותר מליתיום פוספט (LiFePO4).
מגבלות
עם זאת, סוללות ליתיום-יון אינן אידיאליות, ובמיוחד, יש להן נזק רב יותר לתאים אם הן נפרקות במלואן. לכן, כדי שלא יאבדו את תכונותיהם מהר מדי, עדיף להעמיס אותם מבלי להמתין עד שיהפכו שטוחים.
קודם כל, הסוללה עלולה להוות סיכונים בטיחותיים חמורים. כאשר הסוללה עמוסה מדי או יורדת מתחת ל-5 מעלות צלזיוס, הליתיום מתמצק באמצעות דנדריטים מכל אלקטרודה. כאשר האנודה והקתודה מחוברות באמצעות הדנדריטים שלהן, הסוללה עלולה להתלקח ולהתפוצץ. דווח על מקרים רבים עם נוקיה, פוג'יטסו-סימנס או סמסונג, פיצוצים התרחשו גם במטוסים, כך שכיום אסור לשאת סוללת ליתיום-יון בתא המטען, והעלייה בתא הנוסעים לרוב מוגבלת מבחינת הספק (אסור לעיל 160 וואט ובכפוף לאישור מ-100 עד 160 וואט).
לפיכך, כדי להילחם בתופעה זו, יצרנים הטמיעו מערכות בקרה אלקטרוניות (BMS) המסוגלות למדוד את טמפרטורת הסוללה, לווסת מתח ולשמש כמפסקים במקרה של חריגה. אלקטרוליט מוצק או ג'ל פולימרי הם גם נקודות מבט שנחקרו כדי לעקוף את הבעיה.
כמו כן, כדי למנוע התחממות יתר, טעינת הסוללה מואטת במהלך 20 האחוזים האחרונים, כך שזמני הטעינה מתפרסמים לרוב רק ב-80% ...
עם זאת, לסוללת ליתיום-יון מעשית ביותר לשימוש יומיומי יש השפעה עמוקה על הסביבה, תחילה על ידי מיצוי ליתיום, הדורש כמות אסטרונומית של מים מתוקים, ולאחר מכן מיחזורו בתום חייו. עם זאת, המיחזור או השימוש החוזר גדל משנה לשנה.
מה העתיד של יון הליתיום?
ככל שהמחקר מתקדם יותר ויותר לעבר טכנולוגיות חלופיות שהן פחות מזהמות, עמידות יותר, זולות יותר לייצור או בטוחות יותר, האם סוללת הליתיום-יון הגיעה לפוטנציאל שלה?
סוללת הליתיום-יון, שעובדת בקנה מידה תעשייתי כבר שלושה עשורים, לא אמרה את המילה האחרונה, והפיתוחים ממשיכים לשפר את צפיפות האנרגיה, מהירות הטעינה או הבטיחות. ראינו זאת לאורך השנים, בעיקר בתחום הרכב הדו-גלגלי הממונע, שבו הקטנוע היה קיים רק לפני כחמישים קילומטרים לפני 5 שנים, יש אופנועים שעולים כיום על 200 מסופי טווח.
ההבטחות למהפכה הן גם לגיונות כמו אלקטרודת הפחמן של נאווה, סוללת Jenax מתקפלת, טמפרטורת פעולה של 105 מעלות צלזיוס ב-NGK ...
למרבה הצער, המחקר מתמודד לעתים קרובות עם המציאות הקשה של רווחיות וציוויים תעשייתיים. עד לפיתוח הטכנולוגיה החלופית, במיוחד הליתיום-אוויר הצפוי, לליתיום-יון עדיין יש עתיד מזהיר, במיוחד בעולם הדו-גלגלי החשמליים, שבו משקל וצמצום טביעת הרגל הם קריטריונים חשובים.
