האם התחזוקה שלנו של סוללת הליתיום נכונה? בעיה זו הטרידה משתמשי טלפון נייד נאמנים רבים, כולל אותי. לאחר התייעצות עם קצת מידע, הזדמן לי להתייעץ עם דוקטורנט באלקטרוכימיה, שהוא גם סגן מנהל מכון מחקר סוללות ידוע בסין. כעת רשום קצת ידע וניסיון רלוונטיים לחלוק עם הקוראים שלך.

“האלקטרודה החיובית של סוללת ליתיום עשויה בדרך כלל מתרכובת פעילה של ליתיום, בעוד שהאלקטרודה השלילית היא פחמן עם מבנה מולקולרי מיוחד”. חלק חשוב מהמידע החיובי הנפוץ הוא LiCoO2. במהלך תהליך הטעינה, הפוטנציאל החשמלי בקוטב הסוללה מאלץ את התרכובת באלקטרודה החיובית לשחרר יוני ליתיום ולהחדירם לפחמן, בעוד מולקולות האלקטרודה השליליות מסודרות בזרימה למינרית. יוני ליתיום מופרדים מהמבנה השכבתי של פחמן במהלך פריקה ומשולבים עם תרכובת האנודה. התנועה של יוני ליתיום יוצרת זרם חשמלי.

העיקרון של התגובה הכימית הוא פשוט מאוד, אבל בייצור תעשייתי בפועל, יש נושאים פרקטיים יותר שיש לקחת בחשבון: תוספי אלקטרודה חיוביים צריכים להישמר שוב ושוב לפעילויות, ואלקטרודות שליליות צריכות להיות מתוכננות ברמה המולקולרית כדי להכיל יותר ליתיום יונים; מילוי האלקטרוליט בין האנודה והקתוליט, בנוסף להיותו יציב, אך יש לו גם מוליכות מצוינת, המפחיתה את ההתנגדות הפנימית של הסוללה.

למרות שלסוללות ליתיום יש לעתים רחוקות את השפעת הזיכרון של סוללות ניקל-קדמיום, הן לא. עם זאת, מסיבות שונות, סוללות ליתיום ימשיכו לאבד קיבולת לאחר טעינה חוזרת ונשנית. חשוב לשנות את נתוני האנודה והקתודה עצמם. ברמה המולקולרית, מבנה החלל של האלקטרודות החיוביות והשליליות המכילות יוני ליתיום יקרוס ויחסום בהדרגה. מבחינה כימית, זוהי פסיבציה אקטיבית של חומרים חיוביים ושליליים, המעידה על נוכחות של תרכובות יציבות אחרות בתגובות לוואי. ישנם גם כמה תנאים פיזיים, כמו אובדן הדרגתי של נתוני האנודה, שבסופו של דבר יקטין את מספר יוני הליתיום שיכולים לנוע בחופשיות במהלך הטעינה והפריקה בסוללה.

טעינת יתר ופריקה, האלקטרודות בסוללת הליתיום מהוות נזק קבוע. ניתן להבין באופן אינטואיטיבי מהרמה המולקולרית שפליטת פחמן של האנודה תגרום לשחרור מוגזם של יוני ליתיום ומבנה השכבות שלהם בסתיו, וטעינת יתר תסחוט לתוכו יותר מדי יוני ליתיום. המבנה של פחמן הקתודה מונע שחרור מכמה יוני ליתיום. זו הסיבה שסוללות ליתיום מצוידות לרוב במעגלי בקרת טעינה ופריקה.

טמפרטורה לא נכונה תגרום לתגובות כימיות אחרות בסוללת הליתיום, ויופיעו תרכובות מיותרות. לכן, סוללות ליתיום רבות מצוידות בדיאפרגמות בקרת טמפרטורת תחזוקה או בתוספי אלקטרוליטים על האלקטרודות החיוביות והשליליות. כאשר הסוללה מחוממת לדרגה מסוימת, חור הממברנה המרוכבת נסגר או שהאלקטרוליט מנוטה, ההתנגדות הפנימית של הסוללה גדלה עד לניתוק המעגל, והסוללה לא מתחממת יותר, מה שמבטיח את טמפרטורת הטעינה הרגילה של הסוללה.

האם טעינה ופריקה עמוקה יכולים להגדיל את הקיבולת בפועל של סוללות ליתיום? מומחים אמרו לי בבירור שזה חסר משמעות. הם אף אמרו כי על סמך הידע של שני הרופאים, אין משמעות למה שנקרא הפעלה במינון מלא של שלוש המנות הראשונות. אבל למה אנשים רבים מתעמקים במידע על הסוללה כדי להראות שהקיבולת תשתנה בעתיד? נקודה זו תוזכר בהמשך.

לסוללות ליתיום יש בדרך כלל שבבי עיבוד ושבבי בקרת טעינה. בתהליך, לשבב יש סדרה של אוגרים, קיבולת, טמפרטורה, מזהה, מצב טעינה, זמן פריקה וערכים נוספים. ערכים אלה משתנים בהדרגה עם השימוש. אני אישית חושב שהאפקט החשוב של שימוש למשך כחודש צריך להיות טעינה ופריקה מלאה. ברגע שמדריך ההוראות אמור לתקן את הערך השגוי של האוגרים הללו, בקרת הטעינה והקיבולת הנומינלית של הסוללה צריכים להתאים למצב הסוללה בפועל.