סוללות ליתיום-יון מועדפות על צפיפות האנרגיה הגבוהה שלהן, חיי מחזור ארוך וקצב פריקה עצמית נמוכה. ההבנה כיצד פועלות סוללות אלה היא מכריעה.
הרכיבים הבסיסיים של סוללת ליתיום-יון כוללים את האנודה, הקתודה, האלקטרוליט והמפריד. אלמנטים אלה פועלים יחד לאחסון ולשחרר אנרגיה ביעילות. האנודה עשויה בדרך כלל גרפיט ואילו הקתודה מורכבת מתחמוצת מתכת ליתיום. האלקטרוליט הוא תמיסת מלח ליתיום בממיס אורגני, והמפריד הוא קרום דק המונע מעגלים קצרים על ידי שמירה על האנודה והקתודה זה מזה.
תהליכי הטעינה והפריקה של סוללות ליתיום-יון הם בסיסיים להפעלתם. תהליכים אלה כוללים תנועה של יוני ליתיום בין האנודה לקתודה דרך האלקטרוליט.
כאשר סוללת ליתיום-יון טוענת, יוני ליתיום עוברים מהקתודה לאנודה. תנועה זו מתרחשת מכיוון שמקור אנרגיה חשמלית חיצונית, מיישם מתח על מסופי הסוללה. מתח זה מניע את יוני הליתיום דרך האלקטרוליט ולתוך האנודה, שם הם מאוחסנים. ניתן לפרק את תהליך הטעינה לשני שלבים עיקריים: שלב הזרם הקבוע (CC) ושלב המתח הקבוע (CV).
בשלב ה- CC, זרם קבוע מסופק לסוללה, מה שגורם למתח להגדיל בהדרגה. ברגע שהסוללה מגיעה למגבלת המתח המרבי שלה, המטען עובר לשלב ה- CV. בשלב זה המתח מוחזק קבוע, והזרם יורד בהדרגה עד שהוא מגיע לערך מינימלי. בשלב זה הסוללה טעונה במלואה.
פריקת סוללת ליתיום-יון כוללת את התהליך ההפוך, בו יוני ליתיום עוברים מהאנודה חזרה לקתודה. כאשר הסוללה מחוברת למכשיר, המכשיר שואב אנרגיה חשמלית מהסוללה. זה גורם ליוני הליתיום להשאיר את האנודה ולעבור דרך האלקטרוליט לקתודה, ומייצר זרם חשמלי שמפעיל את המכשיר.
התגובות הכימיות במהלך השחרור הן למעשה ההפך מאלו במהלך הטעינה. יוני הליתיום משתלבים (הכנס) לחומר הקתודה, ואילו האלקטרונים זורמים במעגל החיצוני ומספקים כוח למכשיר המחובר.
תגובות אלה מדגישות את העברת יוני ליתיום ואת הזרימה המתאימה של האלקטרונים, המהווים בסיסיים לפעולת הסוללה.
סוללות ליתיום-יון ידועות במאפיינים הספציפיים שלהן, כמו צפיפות אנרגיה גבוהה, פריקה עצמית נמוכה וחיי מחזור ארוכים. תכונות אלה הופכות אותם לאידיאליים ליישומים שבהם כוח לאורך זמן חיוני. מספר מדדי ביצועים מרכזיים משמשים להערכת סוללות ליתיום-יון:
צפיפות אנרגיה: מודד את כמות האנרגיה המאוחסנת בנפח או במשקל נתון.
חיי מחזור: מציין את מספר מחזורי פריקה המטען שסוללה יכולה לעבור לפני קיבולתה משפילה משמעותית.
C-Cate: מתאר את הקצב בו סוללה טעונה או משוחררת ביחס לקיבולת המקסימאלית שלה.
ניטור מחזורי הטעינה והפריקה של סוללות ליתיום-יון הוא קריטי להבטיח אריכות חיים ובטיחותם. טעינת יתר או פריקה עמוקה עלולים להוביל לנזקי סוללה, קיבולת מופחתת ואפילו סכנות בטיחות כמו בורח תרמי. ניטור יעיל מסייע בשמירה על ביצועים מיטביים והרחבת אורך החיים של הסוללה. פתרונות ניטור מתקדמים כמו מערכת ענן ניטור סוללות מרכזית של DFUN ממלאת תפקיד חיוני במעקב וניהול תהליך הטעינה והפריקה. המערכת רושמת את מצב הטעינה והפרקה המלאה, מחשבת את הקיבולת בפועל ומבטיחה כי חבילת הסוללה הכוללת תישאר יעילה ובטוחה לשימוש.
