סוללות ליתיום-יון מועדפות בשל צפיפות האנרגיה הגבוהה שלהן, חיי מחזור ארוכים וקצב פריקה עצמית נמוך. חשוב להבין כיצד פועלות הסוללות הללו.
המרכיבים הבסיסיים של סוללת ליתיום-יון כוללים את האנודה, הקתודה, האלקטרוליט והמפריד. אלמנטים אלה פועלים יחד כדי לאחסן ולשחרר אנרגיה ביעילות. האנודה עשויה בדרך כלל מגרפיט, בעוד שהקתודה מורכבת מתחמוצת מתכת ליתיום. האלקטרוליט הוא תמיסת מלח ליתיום בממס אורגני, והמפריד הוא קרום דק המונע קצר חשמלי על ידי שמירת האנודה והקתודה בנפרד.
תהליכי הטעינה והפריקה של סוללות ליתיום-יון הינם בסיסיים לפעולתן. תהליכים אלה כוללים תנועה של יוני ליתיום בין האנודה לקתודה דרך האלקטרוליט.
כאשר סוללת ליתיום-יון נטענת, יוני ליתיום עוברים מהקתודה לאנודה. תנועה זו מתרחשת מכיוון שמקור אנרגיה חשמלי חיצוני, מפעיל מתח על פני הטרמינלים של הסוללה. מתח זה מניע את יוני הליתיום דרך האלקטרוליט ואל האנודה, שם הם מאוחסנים. ניתן לחלק את תהליך הטעינה לשני שלבים עיקריים: שלב הזרם הקבוע (CC) ושלב המתח הקבוע (CV).
במהלך שלב ה-CC, זרם יציב מסופק לסוללה, מה שגורם לעלייה הדרגתית של המתח. ברגע שהסוללה מגיעה למגבלת המתח המקסימלי שלה, המטען עובר לשלב CV. בשלב זה, המתח נשמר קבוע, והזרם יורד בהדרגה עד שהוא מגיע לערך מינימלי. בשלב זה, הסוללה טעונה במלואה.
פריקת סוללת ליתיום-יון כרוכה בתהליך הפוך, שבו יוני ליתיום נעים מהאנודה חזרה לקתודה. כאשר הסוללה מחוברת למכשיר, המכשיר שואב אנרגיה חשמלית מהסוללה. זה גורם ליוני הליתיום לעזוב את האנודה ולעבור דרך האלקטרוליט אל הקתודה, תוך יצירת זרם חשמלי המפעיל את המכשיר.
התגובות הכימיות במהלך פריקה הן למעשה הפוכות מאלה במהלך הטעינה. יוני הליתיום משתלבים (מכניסים) לחומר הקתודה, בעוד אלקטרונים זורמים דרך המעגל החיצוני ומספקים חשמל למכשיר המחובר.
תגובות אלו מדגישות את העברת יוני הליתיום ואת הזרימה המקבילה של אלקטרונים, שהם בסיסיים לפעולת הסוללה.
סוללות ליתיום-יון ידועות במאפיינים הספציפיים שלהן, כגון צפיפות אנרגיה גבוהה, פריקה עצמית נמוכה וחיי מחזור ארוכים. תכונות אלה הופכות אותם לאידיאליים עבור יישומים שבהם כוח עמיד לאורך זמן חיוני. מספר מדדי ביצועים מרכזיים משמשים להערכת סוללות ליתיום-יון:
צפיפות אנרגיה: מודד את כמות האנרגיה האצורה בנפח או במשקל נתון.
חיי מחזור: מציין את מספר מחזורי טעינה-פריקה שסוללה יכולה לעבור לפני שהקיבולת שלה יורדת משמעותית.
C-rate: מתאר את הקצב שבו סוללה נטענת או פריקה ביחס לקיבולת המקסימלית שלה.
ניטור מחזורי הטעינה והפריקה של סוללות ליתיום-יון הוא קריטי להבטחת אורך החיים והבטיחות שלהן. טעינת יתר או פריקה עמוקה עלולים להוביל לנזק לסוללה, לקיבולת מופחתת ואפילו לסכנות בטיחותיות כמו בריחת תרמית. ניטור יעיל מסייע בשמירה על ביצועים מיטביים והארכת אורך חיי הסוללה. פתרונות ניטור מתקדמים כמו מערכת ענן לניטור סוללות מרכזי DFUN ממלאת תפקיד חיוני בניטור וניהול תהליך הטעינה והפריקה. המערכת מתעדת את מצב הטעינה והפריקה המלאה, מחשבת את הקיבולת בפועל, ומבטיחה כי ערכת הסוללות הכוללת תישאר יעילה ובטוחה לשימוש.
