סוללת ליתיום יונית

סוללת ליתיום יונית הפכה למרכיב חיוני במגוון רחב של מכשירים וכלי רכב, החל ממחשבים ניידים וטלפונים סלולריים ועד מכוניות היברידיות וחשמליות. יתרונותיהן כוללים צפיפות אנרגיה גבוהה, יכולת טעינה ומשקל קל (עד 70% קל יותר מסוללות עופרת-חומצה); בטיחות מוגברת ללא ייצור תוצרי לוואי רעילים כמו בסוללות עופרת-חומצה; יתר על כן, הן אינן מייצרות תוצרי לוואי רעילים כמו בסוללות עופרת-חומצה; לכן, היצרנים שלהן עובדים ללא לאות לפיתוח חומרים טובים יותר לקתודה/אנודה, אלקטרוליטים מוצקים המבטיחים סוללות בעלות קיבולת גבוהה לשימוש בטוח בתוך הסוללות – רק כדי לשמור על יתרונות אלה!

חידושים אחרונים כוללים סוללת ליתיום יונית המשתמשת בפולי (נוזל יוני) כאלקטרוליט במקום להשתמש בממסים אורגניים נדיפים כגון קובלט בסוללות ליתיום-יון (LIB) הנוכחיות כחומר אלקטרוליטי. פיתוח מהפכני זה מבטיח צפיפות אנרגיה גבוהה יותר בעלות נמוכה יותר, תוך הפחתת התלות במתכות יקרות ומסובכות כגון קובלט, הנמצאות בסוללות ליתיום-יון (LIB) של ימינו.

סוללות ליתיום יוניות מורכבות מאנודה, קתודה, מפריד ואלקטרוליט; האנודה אוגרת יוני ליתיום, הקתודה משמשת כמקום אחסון לאלקטרונים, והמפריד חוסם את זרימת האלקטרונים בתוך הסוללה. לבסוף, האלקטרוליט מעביר יוני ליתיום בעלי מטען חיובי בין האנודה לקתודה במהלך הפריקה, ובחזרה לאנודה במהלך הטעינה, באמצעות תהליכי אינטרקליציה/דיאנטרקליציה המתרחשים בו-זמנית – תהליך זה מכונה במונחים טכניים אינטרקליציה/דיאנטרקליציה.

אנודה המורכבת בדרך כלל מחומר גרפיט משולבת עם קתודה העשויה מסולפידים או ניטרידים מתכתיים שאינם דליקים, כדי לאחסן יוני ליתיום באמצעות אינטרקליציה, שבה הם מוטמעים פיזית בין שכבות דו-ממדיות של פחמן המרכיבות גרפיט בתפזורת, למטרות אחסון. פריקת התא כוללת אנודה העוברת חצי תגובה חמצונית המשחררת יוני ליתיום חיוביים תוך יצירת אלקטרונים בעלי מטען שלילי באמצעות מעגל חיצוני; במהלך הפריקה, האנודה עוברת חצי תגובה חמצונית המייצרת יוני ליתיום חיוביים, בעוד אלקטרונים בעלי מטען שלילי מועברים דרך מעגל חיצוני לקתודה, שם מתרחשת חצי תגובה חיזורית וזרם חשמלי זורם דרך המעגל החיצוני.

ישנם סוגים רבים, כגון סוללת ליתיום יון 72v, סוללת ליתיום 12 וולט 20ah, סוללת ליתיום 20ah. תגובות חמצון-חיזור חייבות להתרחש בטמפרטורה ובתנאים אופטימליים; אחרת, שינויים מבניים משמעותיים עלולים להפחית באופן משמעותי את קיבולת הסוללה ולהוריד את מחזוריותה (המדד לכמות הטעינות והפריקות שהסוללה יכולה להתמודד איתן לפני שהקיבולת שלה מתחילה לפחות), מה שעלול להגביר את הלחץ הפנימי בתא ולהוות איום בטיחותי למכשירים ניידים כמו טאבלטים וסמארטפונים.