עד כמה זמן סוללות ליתיום באמת עולות? האמת נחשפת

סוללות ליתיום-יון הן סוג של סוללה שמשתמשת במתכת ליתיום או בהapas ליתיום כחומר בקוטב השלילי ובתמיסת חשמל לא מימית. הסוללה הראשונה מסוג ליתיום-метל הוצעה ונחקרה על ידי גילברט נ. לואיס בשנת 1912. בשנות ה-70 של המאה העשרים, M.S. ויטינגהאם הציע וחקר סוללות ליתיום-יון. בשל התכונות הכימיות הריאקטיביות מאוד של מתכת הליתיום, עיבודו, אחסنته ושימוש בו דורשים בקרות סביבתיות מחמירות מאוד. לכן, סוללות ליתיום-יון לא היו בשימוש נרחב לאורך זמן. עם התפתחות המדע והטכנולוגיה, סוללות ליתיום-יון הפכו לנפוצות.

סוללות ליתיום ניתן למיין באופן כללי לשתי קטגוריות: סוללות ליתיום מתכתי וסוללות ליתיום-יון. סוללות ליתיום-יון אינן מכילות ליתיום מתכתי וניתנות להטענה. הדור החמישי של סוללות ניתנות להטענה, סוללות ליתיום מתכתי, פותח בשנת 1996. הן מציעות ביטחון, קיבולת ספציפית, שיעור פריקה עצמית ויחס מחיר-ביצועים טובים יותר בהשוואה לסוללות ליתיום-יון. בשל דרישות הטכנולוגיה הגבוהות, רק חברות בכמה מדינות מייצרות כיום סוללות ליתיום מתכתי.

האם סוללות ליתיום-יון ניתנות להטענה והפרקה רק 500 פעמים?

רוב הצרכנים כנראה שמעו שהאורך התפעולי של סוללות ליתיום הוא "500 מחזורי טעינה", כלומר 500 מחזורי טעינה והפרקה. לאחר מכן, הסוללה נחשבת ל"מתה". רבים מנסים להאריך את חיי הסוללה על ידי טעינתה רק כאשר היא ריקה לחלוטין. אך האם זה באמת מאריך את חיי הסוללה?

❌ התשובה היא לא. אורך החיים של סוללת ליתיום הוא "500 פעמים", וזה אינו מתייחס למספר הפעמים שבהן נטען, אלא לסיבוב טעינה-פריקה אחד.

מחזור טעינה הוא התהליך שבו סוללה יורדת ממצב טעונה במלואו למצב ריק, ואז חזרה למצב טעונה במלואו, וזה לא זהה לטעינה אחת. למשל, אם סוללת ליתיום משומשת עד מחצית הקיבולת שלה ביום הראשון ואז נטענת שוב במלואה, ואותו דבר קורה ביום השני, זה נחשב רק למחזור טעינה אחד, ולא לשניים. לכן, לרוב נדרשים מספר מחזורי טעינה להשלמת מחזור אחד. בכל פעם שמושלים מחזור טעינה, הקיבולת של הסוללה קטנה מעט. עם זאת, הירידה הזו קטנה מאוד; סוללות איכותיות שומרות על כ-80% מהקיבולת המקורית שלהן לאחר מספר רב של מחזורי טעינה, ורבות מהמוצרים שפועלות בעזרת סוללות ליתיום-יון ממשיכות לתפקד באופן תקין גם אחרי שנתיים או שלוש. כמובן, יש להחליף את סוללות הליתיום-יון כשהן מגיעות לסוף מחזור החיים שלהן.

המונח כך-קרוי מחזורי 500 מתייחס לייצרן שמגיע לכ-625 מחזורי טעינה ב עומק פריקה קבוע (למשל, 80%), ומשיג 500 מחזורי טעינה. (80% * 625 = 500) (מבלי להתחשב בגורמים כמו ירידת קיבולת סוללת הליתיום).

עם זאת, בשל גורמים שונים מהחיים האמיתיים, במיוחד העובדה שعمק הפריקה במהלך הטעינה אינו קבוע, "500 מחזורי טעינה" יכולים לשמש רק כהתייחסות לחיי הסוללה.

ההצהרה הנכונה היא: אורך החיים של סוללת ליתיום קשור למספר מחזורי הטעינה שהושלמו, אך לא קשור ישירות למספר הטעינות.

במילים פשוטות, לדוגמה, אם סוללת ליתיום משמשת רק חצי מהקיבולת שלה ביום הראשון ואז נטענת במלואה, ואותו הדבר נעשה ביום השני, זה נחשב רק למחזור טעינה אחד, ולא לשניים. לכן, לרוב נדרשים מספר מחזורי טעינה להשלמת מחזור אחד. בכל פעם שבה מושלם מחזור טעינה, קיבולת הסוללה קטנה מעט. עם זאת, הירידה היא זניחה; סוללות איכותיות עדיין שומרות על 80% מקיבולתן המקורית לאחר מספר רב של מחזורי טעינה. בגלל זה, רבים מהמוצרים שפועלות בעזרת סוללות ליתיום-יון ממשיכות לתפקד באופן תקין גם אחרי שנתיים או שלוש. כמובן, בסופו של דבר יש להחליף את סוללות הליתיום-יון כאשר מגיעים לסוף תוחלת החיים שלהן.

אורך החיים של סוללת ליתיום הוא בדרך כלל 300-500 מחזורי טעינה. בהנחה שפריקה מלאה אחת מספקת Q יחידות חשמל, ובהתעלמות מירידה בקיבולת לאחר כל מחזור טעינה, סוללת ליתיום יכולה לספק או למלא מחדש סך הכל של 300Q-500Q יחידות חשמל לאורך חייה. לכן, אם אתם טוענים לאחר שימוש בחצי מכושר הסוללה בכל פעם, ניתן לטעון אותה 600-1000 פעמים; אם אתם טוענים לאחר שימוש בשליש מכושר הסוללה בכל פעם, ניתן לטעון אותה 900-1500 פעמים. וכן הלאה. אם הטעינה מתבצעת באופן אקראי, מספר הטעינות אינו ודאי. בסופו של דבר, ללא תלות באופן הטעינה, הכמות הכוללת של החשמל שמומשנת נשארת קבועה ב-300Q-500Q. לכן, אפשר להבין זאת גם כך: אורך החיים של סוללת ליתיום קשור לכמות הכוללת של החשמל שניתן לטעון אליה, ולא למספר מחזורי הטעינה. הפרש בין פריקה עמוקה/טעינה עמוקה לבין פריקה רדודה/טעינה רדודה הוא קטן מאוד בנוגע להשפעה על אורך החיים של סוללת הליתיום.

למעשה, פריקה ושיעול רדודות מועילות יותר לסוללות ליתיום. פריקה וטעינה עמוקות נדרשות רק כאשר מודול הכוח של המוצר מבצע כיילוס של סוללת הליתיום. לכן, למוצרים שפועלות בעזרת סוללות ליתיום אין צורך להיות מאוד קפדנים לגבי התהליך; עדיפה נוחות. ניתן לטעון אותם בכל עת ללא דאגה שזאת תؤثر על אורך החיים שלהם.

אם סוללות ליתיום משומשות בסביבות ש chaudות מהטמפרטורה המוגדרת להפעלה (מעל 35° צלזיוס), הקיבולת של הסוללה תקטן באופן מתמיד, כלומר זמן האספקת חשמל של הסוללה לא יהיה ארוך כמו תמיד. טעינת מכשירים בטמפרטורות כאלו תגרום נזק גדול עוד יותר לסוללה. גם אחסון סוללות בסביבות חמות יחסית יגרום בהכרח לנזק כלשהו לאיכותן. לכן, שמירה על טמפרטורת פעילות מתאימה היא דרך טובה להאריך את אורך החיים של סוללות הליתיום.

אם תשתמשו בסוללות ליתיום בסביבות בטמפרטורות נמוכות, כלומר מתחת ל-4°C, תגלו גם שהחיים של הסוללה מופחתים, וחלק מסוללות הליתיום המקוריות בטלפונים ניידים אולי לא ייטענו בכלל בסביבות טמפרטורות נמוכות. אבל אל תדאגו יותר מדי, זו רק סיטואציה זמנית. בניגוד לשימוש בסביבות בטמפרטורות גבוהות, עם עליית הטמפרטורה,الجزרין בתוך הסוללה מחוממים וממשיכים לשחזר את הקיבולת הקודמת.

כדי למקסם את הביצועים של סוללת ליתיום-יון, יש להשתמש בה בתדירות כדי לשמור על זרימה מתמדת של האלקטרונים שבפנים. אם אינכם משתמשים בסוללת הליתיום שלכם לעיתים קרובות, זכרו להשלים מחזור טעינה מלא כל חודש ולבצע כיול טעינה, כלומר פריקה עמוקה ואחריה טעינה עמוקה.

המונח הנכון הוא "מחזור טעינה-פריקה", ולא "מספר טעינות". מחזור מתייחס לזמן שבו סוללה עוברת ממצב טעונה במלואו למצב פרוקה לחלוטין. אם הסוללה טעונה במלואו, השתמשו בעשרית אחת של הקיבולת שלה, ואז טענתה שוב במלואו – זהו עשירית של מחזור. יש צורך לטעון ולפרק אותה 10 פעמים כדי להשלים מחזור אחד. באופן דומה, אם התחלתם עם טעינה מלאה, השתמשתם בחצי מהקיבולת, טענתם שוב עד הסוף, ואז השתמשתם שוב בחצי מהקיבולת וטענתם שוב – זהו גם כן מחזור אחד: טענתם אותה פעמיים. לכן, מחזור תלוי אך ורק ב"הכמות הכוללת של החשמל שהופרקה מהסוללה", ואין לו קשר ישיר ל"מספר הטעינות".

יתרה מכך, המספר הנומינלי הזה של מחזורי טעינה-פריקה אינו אומר שהסוללה לא ניתנת לשימוש לאחר שניצלו כל המחזורים. אלא, זה אומר שبعد מספר זה של מחזורים, היכולת של הסוללה לאגור אנרגיה חשמלית תפחת לרמה מסוימת.

לדוגמה, לסוללה ליתיום מסוימת יש מחזור טעינה/פריקה נומינלי של "לא פחות מ-60% מהקיבולת הנומינלית לאחר 500 מחזורי טעינה".

במילים אחרות, לאחר 500 מחזורי טעינה, הסוללה יכולה לאחסן רק כ-60% מהקיבולת שהייתה לה כשהייתה חדשה. ביצועיה ירדו במידה מסוימת. זהו העיקר.

לסוללות ליתיום אין הגבלה קבועה על מספר מחזורי הטעינה. סוללות של יצרנים מוכרים יכולים בדרך כלל לעמוד במינימום 500 מחזורי טעינה ופריקה, תוך שמירה על יותר מ-80% מקיבולתן הראשונית, כלומר יכולות לפעול כשנתיים עם טעינה אחת. בדרך כלל, סוללות טלפון נייד יראו ירידה משמעותית בביצועי הסוללה לאחר 1000 מחזורי טעינה.

שיטות שימור סוללת טלפון נייד:

1. השתמשו בסוללה רק כאשר היא טעונה לחלוטין בכל פעם, כדי לצמצם את מספר מחזורי הטעינה ולהאריך את חיי הסוללה.
2. אינכם צריכים להפריק את הסוללה לחלוטין; בדרך כלל יש לטעון אותה כאשר רמת הטעינה ירדה מתחת ל-10%.
3. השתמשו במחסן המקורי לטעינה; אין להשתמש במחסן כללי.
4. אסור להשתמש בטלפון בזמן הטענה.
5. לא לטעון יותר מדי; יש להפסיק לטעון לאחר שהסוללה מלאה.

כן, בהתאם לתוצאות הניסויים, אורך החיים של סוללות ליתיום קטן עם מספר מחזורי הטעינה. באופן כללי, סוללות ליתיום יכולות לעמוד רק ב-2000–3000 מחזורי טעינה.

מחזור מתייחס לשימוש. אנחנו משתמשים בסוללות ומודאגים משך הזמן של השימוש. כדי למדוד את הביצועים של סוללה ניתנת לטעינה, מוגדרת הגדרת מחזור חיים. חוויות המשתמש בפועל משתנות רבות, ובדיקות בתנאים שונים אינן ניתנות להשוואה. לשם השוואה, יש לתקנן את הגדרת מחזור החיים.

התקן הלאומי מגדיר את תנאי הבדיקה והדרישות הבאים למחזור חיים של סוללות ליתיום: בתנאי סביבה של 20℃±5℃, טען ב-1C. כאשר מתח הطرفים של הסוללה מגיע למתח הטעינה המרבי של 4.2V, המעבר לטעינה במתח קבוע ממשיך עד שהזרם יורד ל-1/20C או פחות. עצר את הטעינה והשאר את הסוללה במנוחה במשך 0.5–1 שעות. לאחר מכן פרק בזרם של 1C עד למתח סיום של 2.75V. לאחר השלמת הפריקה, השאר את הסוללה במנוחה במשך 0.5–1 שעות לפני תחילת מחזור טעינה-פריקה הבא. המחזור נחשב כנגמר כאשר שני זמני פריקה רצופים קצרים מ-36 דקות. מספר המחזורים חייב להיות גדול מ-300.

הסבר על התקן הלאומי:

1. הגדרה זו קובעת כי בדיקת מחזור החיים מתבצעת בשיטת טעינה מלאה ופריקה מלאה ;
2. התקנות קובעות כי, בהתאם למודל זה, מחזור החיים של סוללות ליתיום אמור לשמור על יותר מ-60% מהקיבולת לאחר ≥300 מחזורים .

עם זאת, משטרי מחזור שונים מניבים מספרי מחזור שונים בדרמטיות. למשל, אם שאר התנאים נשארים ללא שינוי, אך מגדילים פשוט את המתח הקבוע מ-4.2V ל-4.1V לאותו מודל סוללה במהלך בדיקת מחזור החיים, הסוללה כבר לא נטענת לעומק, ותוצאות הבדיקה הסופיות מראות עלייה של כמעט 60% במחזור החיים. לכן, אם מתח החיתוך יוגדל ל-3.9V, מספר המחזורים אמור להשתנה פי כמה.

חשוב להבין את הטענה לפיה כל מחזור טעינה-פריקה מקטין את חיי הסוללה. מחזור טעינה של סוללת ליתיום מוגדר כהתהליך שבו סוללת ליתיום עובדת ממצב טעונה לחלוטין עד ריקה לחלוטין, ואז שוב טעונה לחלוטין. זה לא אותו דבר כמו טעינה אחת. יתר על כן, כשמדברים על מספר מחזורי הטעינה, יש לקחת בחשבון את התנאים שבהם מתבצע המחזור. דיון במספר המחזורים ללא התחשבות בתנאים הללו הוא חסר משמעות, שכן מספר מחזורי הטעינה הוא אמצעי להערכת חיי הסוללה, ולא המטרה הסופית!