מהן סוללות ליתיום יון

סוללות ליתיום-יון הן סוג פופולרי של כימיה של סוללות. יתרון מרכזי שהסוללות הללו מציעות הוא שהן נטענות. בשל תכונה זו, הם נמצאים ברוב מכשירי הצרכן כיום המשתמשים בסוללה. ניתן למצוא אותם בטלפונים, כלי רכב חשמליים ועגלות גולף המונעות על ידי סוללות.

כיצד פועלות סוללות ליתיום-יון?

סוללות ליתיום-יון מורכבות מתאי ליתיום-יון אחד או מרובים. הם מכילים גם לוח מעגל מגן למניעת טעינת יתר. התאים נקראים סוללות ברגע שהותקנו במארז עם לוח מעגל מגן.

האם סוללות ליתיום-יון זהות לסוללות ליתיום?

לא. סוללת ליתיום וסוללת ליתיום-יון שונות בתכלית. ההבדל העיקרי הוא שהאחרונים נטענים. הבדל גדול נוסף הוא חיי המדף. סוללת ליתיום יכולה להחזיק 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 מרכיבים עיקריים. אלה הם:

אָנוֹדָה

האנודה מאפשרת מעבר לחשמל מהסוללה למעגל חיצוני. זה גם אוגר יוני ליתיום בעת טעינת הסוללה.

קָטוֹדָה

הקתודה היא הקובעת את הקיבולת והמתח של התא. הוא מייצר יוני ליתיום בעת פריקת הסוללה.

אלקטרוליט

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

המפריד

החלק האחרון בתא ליתיום-יון הוא המפריד. זה פועל כמחסום פיזי כדי להפריד בין הקתודה והאנודה.

סוללות ליתיום-יון פועלות על ידי העברת יוני ליתיום מהקתודה לאנודה ולהיפך דרך האלקטרוליט. כשהיונים נעים, הם מפעילים אלקטרונים חופשיים באנודה, ויוצרים מטען בקולט הזרם החיובי. אלקטרונים אלו זורמים דרך המכשיר, טלפון או עגלת גולף, אל האספן השלילי ובחזרה אל הקתודה. זרימה חופשית של אלקטרונים בתוך הסוללה נמנעת על ידי המפריד, ומאלץ אותם לכיוון המגעים.

כאשר אתה מטעין סוללת ליתיום-יון, הקתודה תשחרר יוני ליתיום, והם נעים לכיוון האנודה. בעת פריקה, יוני ליתיום עוברים מהאנודה לקתודה, מה שיוצר זרימת זרם.

מתי הומצאו סוללות ליתיום-יון?

סוללות ליתיום-יון נוצרו לראשונה בשנות ה-70 על ידי הכימאי האנגלי סטנלי וויטינגהאם. במהלך הניסויים שלו חקרו המדענים כימיות שונות לסוללה שיכולה להטעין את עצמה. הניסוי הראשון שלו כלל טיטניום דיסולפיד וליתיום בתור האלקטרודות. עם זאת, הסוללות היו קצרות ומתפוצצות.

בשנות ה-80, מדען אחר, ג'ון B. Goodenough, נענה לאתגר. זמן קצר לאחר מכן, אקירה יושינו, כימאי יפני, החל לחקור את הטכנולוגיה. יושינו וגודנו הוכיחו שמתכת ליתיום היא הגורם העיקרי לפיצוצים.

בשנות ה-90, טכנולוגיית הליתיום-יון החלה לצבור אחיזה, והפכה במהירות למקור כוח פופולרי עד סוף העשור. זו הייתה הפעם הראשונה שהטכנולוגיה ממוסחרת על ידי סוני. רקורד בטיחות גרוע זה של סוללות ליתיום גרם לפיתוח 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 ולפריקה כאשר המשתמשים מצייתים להנחיות הבטיחות הבסיסיות.

מהי הכימיה הטובה ביותר של ליתיום יון?

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

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

ישנם סוגים רבים של כימיה לסוללות ליתיום-יון. לכל אחד יש את היתרונות והחסרונות שלו. עם זאת, חלקם מתאימים רק למקרי שימוש ספציפיים. ככזה, הסוג שתבחר יהיה תלוי בצרכי החשמל, התקציב, סובלנות הבטיחות ומקרה שימוש ספציפי.

עם זאת, סוללות LiFePO4 הן האפשרות הזמינה ביותר מסחרית. סוללות אלו מכילות אלקטרודת פחמן גרפיט, המשמשת כאנודה, ופוספט כקתודה. יש להם חיי מחזור ארוכים של עד 10,000 מחזורים.

בנוסף, הם מציעים יציבות תרמית מצוינת ויכולים להתמודד בבטחה עם עליות קצרות בביקוש. סוללות LiFePO4 מדורגות לסף בריחת תרמית של עד 510 מעלות פרנהייט, הגבוה מכל סוג סוללת ליתיום-יון זמין מסחרית.

היתרונות של סוללות LiFePO4

בהשוואה לחומצה עופרת וסוללות אחרות על בסיס ליתיום, לסוללות ליתיום ברזל פוספט יש יתרון עצום. הם נטענים ונפרקים ביעילות, מחזיקים מעמד זמן רב יותר ויכולים לעלות לעומקcleמבלי לאבד יכולת. יתרונות אלו מביאים לכך שהסוללות מציעות חיסכון עצום בעלויות לאורך חייהן בהשוואה לסוגי סוללות אחרים. להלן מבט על היתרונות הספציפיים של סוללות אלו בכלי רכב בעלי מהירות נמוכה וציוד תעשייתי.

סוללת LiFePO4 בכלי רכב במהירות נמוכה

רכבים חשמליים במהירות נמוכה (LEV) הם רכבים בעלי ארבעה גלגלים ששוקלים פחות מ-3000 פאונד. הם מופעלים על ידי סוללות חשמליות, מה שהופך אותם לבחירה פופולרית עבור עגלות גולף ושימושי פנאי אחרים.

בעת בחירת אפשרות הסוללה עבור ה-LEV שלך, אחד השיקולים החשובים ביותר הוא אריכות ימים. לדוגמה, עגלות גולף המונעות על ידי סוללה צריכות להיות בעלות מספיק כוח כדי להסתובב במסלול גולף בן 18 גומות ללא צורך בטעינה.

שיקול חשוב נוסף הוא לוח הזמנים של התחזוקה. מצבר טוב לא צריך לדרוש תחזוקה כדי להבטיח הנאה מרבית מהפעילות הרגועה שלך.

הסוללה אמורה להיות מסוגלת לפעול גם בתנאי מזג אוויר מגוונים. לדוגמה, זה אמור לאפשר לך לשחק גולף גם בחום הקיץ וגם בסתיו כשהטמפרטורות יורדות.

סוללה טובה צריכה לבוא גם עם מערכת בקרה שמבטיחה שהיא לא תתחמם יתר על המידה או תתקרר יותר מדי, מה שפוגע בקיבולת שלה.

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

יישומים תעשייתיים עבור סוללות ליתיום יון

סוללות ליתיום-יון הן אופציה פופולרית ביישומים תעשייתיים. הכימיה הנפוצה ביותר בשימוש היא סוללות LiFePO4. חלק מהציוד הנפוץ ביותר לשימוש בסוללות אלו הם:

מלגזות מעבר צר
מלגזות נגד איזון
מלגזות 3 גלגלים
מחסני ווקי
רוכבי סוף ומרכז

ישנן סיבות רבות לכך שסוללות ליתיום יון צומחות בפופולריות במסגרות תעשייתיות. העיקריים שבהם הם:

קיבולת גבוהה ואריכות ימים

לסוללות ליתיום-יון יש צפיפות אנרגיה ואריכות ימים יותר בהשוואה לסוללות עופרת. הם יכולים לשקול שליש מהמשקל ולספק את אותה תפוקה.

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

הם יכולים לפעול גם בעומק פריקה גדול יותר של עד 80% ללא כל השפעה על הקיבולת שלהם. יש לזה יתרון נוסף בחיסכון בזמן. אין צורך להפסיק את הפעולות באמצע הדרך כדי להחליף סוללות, מה שעלול להוביל לחיסכון של אלפי שעות עבודה על פני תקופה מספיק גדולה.

טעינה במהירות גבוהה

עם סוללות עופרת-חומצה תעשייתיות, זמן הטעינה הרגיל הוא כשמונה שעות. זה שווה למשמרת שלמה של 8 שעות שבה הסוללה אינה זמינה לשימוש. כתוצאה מכך, מנהל חייב לתת את הדעת על זמן השבתה זה ולרכוש סוללות נוספות.

עם סוללות LiFePO4, זה לא אתגר. דוגמה טובה היאסוללות ליתיום ROYPOW תעשייתיות LifePO4, הנטענות מהר יותר מסוללות עופרת. יתרון נוסף הוא היכולת להישאר יעיל במהלך הפריקה. סוללות חומצת עופרת סובלות לרוב מפיגור בביצועים כשהן מתרוקנות.

גם לקו הסוללות התעשייתיות של ROYPOW אין בעיות זיכרון, הודות למערכת ניהול סוללות יעילה. סוללות חומצת עופרת סובלות לרוב מבעיה זו, מה שעלול להוביל לכשל בהגעה לקיבולת מלאה.

עם הזמן, זה גורם לסולפטציה, שיכולה לחתוך את תוחלת החיים הקצרה שלהם בחצי. הבעיה מתרחשת לעתים קרובות כאשר סוללות חומצת עופרת מאוחסנות ללא טעינה מלאה. ניתן להטעין סוללות ליתיום במרווחים קצרים ולאחסן בכל קיבולת מעל אפס ללא בעיות.

בטיחות וטיפול

לסוללות LiFePO4 יש יתרון עצום במסגרות תעשייתיות. ראשית, יש להם יציבות תרמית מצוינת. סוללות אלו יכולות לפעול בטמפרטורות של עד 131 מעלות צלזיוס מבלי לסבול כל נזק. סוללות חומצת עופרת יאבדו עד 80% ממחזור החיים שלהן בטמפרטורה דומה.

נושא נוסף הוא משקל הסוללות. עבור קיבולת סוללה דומה, סוללות חומצת עופרת שוקלות משמעותית יותר. ככאלה, לעתים קרובות הם זקוקים לציוד ספציפי וזמן התקנה ארוך יותר, מה שעלול להוביל לפחות שעות עבודה בעבודה.

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

מַסְקָנָה

לסוללות ליתיום-יון יש יתרון ברור במסגרות תעשייתיות ולרכבים חשמליים במהירות נמוכה. הם מחזיקים מעמד זמן רב יותר, וכתוצאה מכך חוסכים כסף למשתמשים. סוללות אלו הן גם אפס תחזוקה, מה שחשוב במיוחד בסביבה תעשייתית שבה חיסכון בעלויות חשוב ביותר.