מהי טכנולוגיית סוללת ליתיום?

סוללות ליתיום נפרדות מכימיה אחרת של סוללות בשל צפיפות האנרגיה הגבוהה שלהן והעלות הנמוכה למחזור.עם זאת, "סוללת ליתיום" הוא מונח לא ברור.ישנן כשש כימיות נפוצות של סוללות ליתיום, כולן עם יתרונות וחסרונות ייחודיים משלהן.עבור יישומי אנרגיה מתחדשת, הכימיה השולטת היא ליתיום ברזל פוספט (LiFePO4) .לכימיה זו בטיחות מעולה, עם יציבות תרמית מצוינת, דירוגי זרם גבוהים, חיי מחזור ארוכים וסובלנות לשימוש לרעה.

ליתיום ברזל פוספט (LiFePO4) הוא כימיית ליתיום יציבה ביותר בהשוואה כמעט לכל כימיית הליתיום האחרת.הסוללה מורכבת מחומר קתודה בטוח באופן טבעי (פוספט ברזל).בהשוואה לכימיות אחרות של ליתיום ברזל פוספט מקדם קשר מולקולרי חזק, העומד בתנאי טעינה קיצוניים, מאריך חיי מחזור ושומר על שלמות כימית לאורך מחזורים רבים.זה מה שמעניק לסוללות הללו את היציבות התרמית הנהדרת, חיי המחזור הארוכים והסבילות לשימוש לרעה. סוללות LiFePO4 אינם נוטים להתחמם יתר על המידה, ואינם מופנים ל"בריחה תרמית" ולכן אינם מתחממים או נדלקים כאשר הם נתונים לטיפול שגוי קפדני או לתנאי סביבה קשים.

שלא כמו עופרת-חומצה מוצפת וכימיה אחרת של סוללות, סוללות ליתיום אינן מוציאות גזים מסוכנים כמו מימן וחמצן.אין גם סכנה של חשיפה לאלקטרוליטים קאוסטיים כגון חומצה גופרתית או אשלגן הידרוקסיד.ברוב המקרים, ניתן לאחסן סוללות אלו באזורים סגורים ללא סכנת פיצוץ ומערכת מתוכננת כהלכה לא צריכה לדרוש קירור או אוורור אקטיביים.

סוללות ליתיום הן מכלול המורכב מתאים רבים, כמו סוללות עופרת וסוגי סוללות רבים אחרים.לסוללות עופרת יש מתח נומינלי של 2V/תא, ואילו לתאי סוללת ליתיום יש מתח נומינלי של 3.2V.לכן, כדי להשיג סוללה של 12V, בדרך כלל יהיו לך ארבעה תאים מחוברים בסדרה.זה יגרום למתח הנומינלי של a LiFePO4 12.8V .שמונה תאים המחוברים בסדרה יוצרים א סוללה 24V עם מתח נומינלי של 25.6V ושישה עשר תאים המחוברים בסדרה יוצרים א סוללה 48V עם מתח נומינלי של 51.2V.מתחים אלה עובדים טוב מאוד עם הטיפוסי שלך ממירי 12V, 24V ו-48V .

סוללות ליתיום משמשות לעתים קרובות להחלפה ישירה של סוללות עופרת-חומצה מכיוון שיש להן מתחי טעינה דומים מאוד.ארבעה תאים סוללת LiFePO4 (12.8V), בדרך כלל יהיה מתח טעינה מרבי בין 14.4-14.6V (בהתאם להמלצות היצרן).מה שמיוחד לסוללת ליתיום הוא שאינה זקוקה למטען ספיגה או להחזקה במצב מתח קבוע לפרקי זמן משמעותיים.בדרך כלל, כאשר הסוללה מגיעה למתח הטעינה המרבי אין צורך להטעין אותה יותר.מאפייני הפריקה של סוללות LiFePO4 הם גם ייחודיים.במהלך הפריקה, סוללות ליתיום ישמרו על מתח גבוה בהרבה מזה שסוללות עופרת עומסות בדרך כלל.זה לא נדיר שסוללת ליתיום יורדת רק כמה עשיריות וולט מטעינה מלאה ל-75% פריקה.זה יכול להקשות לדעת כמה קיבולת נוצלה ללא ציוד ניטור סוללה.

יתרון משמעותי של ליתיום על פני סוללות עופרת הוא שהן אינן סובלות מגירעון באופניים.בעיקרו של דבר, זה כאשר לא ניתן לטעון את הסוללות במלואן לפני שהם נפרקים שוב למחרת.זוהי בעיה גדולה מאוד עם סוללות עופרת וחומצת עופרת ויכולה לקדם השפלה משמעותית של הצלחת אם חוזרים על אופניים באופן זה.אין צורך בטעינה מלאה של סוללות LiFePO4 באופן קבוע.למעשה, אפשר לשפר מעט את תוחלת החיים הכוללת עם טעינה חלקית קלה במקום טעינה מלאה.

יעילות היא גורם חשוב מאוד בעת תכנון מערכות חשמל סולאריות.היעילות הלוך ושוב (ממלא למת וחזרה למלא) של סוללת עופרת ממוצעת היא כ-80%.כימיה אחרת יכולה להיות אפילו יותר גרועה.יעילות האנרגיה הלוך ושוב של סוללת ליתיום ברזל פוספט היא למעלה מ-95-98%.זה לבדו הוא שיפור משמעותי עבור מערכות מורעבות מאנרגיה סולארית במהלך החורף, החיסכון בדלק מטעינת הגנרטור יכול להיות אדיר.שלב טעינת הספיגה של סוללות עופרת אינו יעיל במיוחד, וכתוצאה מכך יעילות של 50% או אפילו פחות.בהתחשב בסוללות ליתיום שאינן סופגות טעינה, זמן הטעינה מפירוק מלא למלא לחלוטין יכול להיות קטן כמו שעתיים.כמו כן, חשוב לציין שסוללת ליתיום יכולה לעבור פריקה כמעט מלאה לפי מדורג ללא השפעות שליליות משמעותיות.עם זאת, חשוב לוודא שהתאים הבודדים אינם מתפרקים יתר על המידה.זו העבודה של המשולבים מערכת ניהול סוללות (BMS) .

הבטיחות והאמינות של סוללות ליתיום מהוות דאגה גדולה, ולכן כל המכלולים צריכים להיות משולבים מערכת ניהול סוללות (BMS) .ה-BMS היא מערכת המנטרת, מעריכה, מאזנת ומגנה על תאים מלפעול מחוץ ל"אזור ההפעלה הבטוח".ה-BMS הוא מרכיב בטיחותי חיוני של מערכת סוללות ליתיום, ניטור ומגן על התאים בתוך הסוללה מפני זרם יתר, מתח/מתח נמוך, טמפרטורה נמוכה/יתר ועוד.תא LiFePO4 ייפגע לצמיתות אם המתח של התא אי פעם יירד לפחות מ-2.5V, הוא גם ייפגע לצמיתות אם המתח של התא יעלה ליותר מ-4.2V.ה-BMS מנטר כל תא וימנע נזק לתאים במקרה של תת/מתח יתר.

אחריות חיונית נוספת של ה-BMS היא לאזן את החבילה במהלך הטעינה, להבטיח שכל התאים יקבלו טעינה מלאה ללא טעינת יתר.התאים של סוללת LiFePO4 לא יתאזנו אוטומטית בסוף מחזור הטעינה.ישנן שינויים קלים בעכבה דרך התאים ולכן אף תא אינו זהה ב-100%.לכן, במחזור, חלק מהתאים ייטענו במלואם או ייפרקו מוקדם יותר מאחרים.השונות בין התאים תגדל משמעותית עם הזמן אם התאים לא מאוזנים.

ב סוללות עופרת-חומצה , הזרם ימשיך לזרום גם כאשר אחד או יותר מהתאים טעונים במלואם.זו תוצאה של האלקטרוליזה המתרחשת בתוך הסוללה, המים מתפצלים למימן וחמצן.זרם זה מסייע לטעינה מלאה של תאים אחרים, ובכך לאזן באופן טבעי את המטען בכל התאים.עם זאת, לתא ליתיום טעון במלואו תהיה התנגדות גבוהה מאוד ומעט מאוד זרם יזרום.התאים המשכיים לא יהיו טעונים במלואם.במהלך האיזון ה-BMS יפעיל עומס קטן על התאים הטעונים במלואם, ימנע ממנו טעינת יתר ויאפשר לתאים האחרים להדביק את הקצב.

סוללות ליתיום מציעות יתרונות רבים על פני כימיות סוללות אחרות.הם פתרון סוללה בטוח ואמין, ללא חשש לבריחה תרמית ו/או התכה קטסטרופלית, שהיא אפשרות משמעותית מסוגי סוללות ליתיום אחרים.סוללות אלו מציעות חיי מחזור ארוכים במיוחד, כאשר חלק מהיצרנים אף מתחייבים לסוללות עד 10,000 מחזורים.עם קצבי פריקה וטעינה גבוהים של למעלה מ-C/2 רציף ויעילות הלוך ושוב של עד 98%, אין זה פלא שהסוללות הללו צוברות אחיזה בתעשייה. ליתיום ברזל פוספט (LiFePO4) הוא מושלם פתרון אחסון אנרגיה .