האם הסמארטפון שלכם יכול להחזיק 10 שנים?

חוקרים גילו דרך משופרת לטעינת סוללות ליתיום-יון, שיכולה לאפשר לסוללות נטענות להחזיק מעמד הרבה יותר זמן לפני שתזדקקנה להחלפה. ביקשנו מ-Claude לגלות לנו איך זה אמור לקרות.

סוללות ליתיום-יון נמצאות בכל מקום ובמגוון סוגי מכשירים – מכלי רכב חשמליים, דרך מחשבים ניידים וסמארטפונים ועד שעונים ואוזניות זעירות. אבל הקיבולת שלהן יורדת במשך מאות מחזורי טעינה. סוללות הליתיום-יון המסחריות הטובות ביותר כיום מחזיקות כ-8 שנים לפני שהן מידרדרות באופן משמעותי. החוקרים, בהובלת פיליפ אַדֶלְהֶלְם מאוניברסיטת הוּמבּוֹלט בברלין ובשיתוף עם חוקרים מהאוניברסיטה הטכנית של ברלין ואוניברסיטת אלבורג בדנמרק, בדקו השפעה של שיטות טעינה שונות על הסוללות – ועלו על ממצא מעניין.

הם מצאו כי טעינת סוללות באמצעות ‘פעימות’ מתח, במקום זרם חשמלי יציב וקבוע, מובילה לירידה משמעותית בפירוק האלקטרודות של הסוללה ורכיבים אחרים על פני מחזורי טעינה/פריקה חוזרים. בסוללות שנטענו באמצעות זרם קבוע, כנהוג כיום, שכבת בידוד האלקטרוליטים הפכה עבה יותר עם הזמן, מה שהפחית את קיבולת האלקטרוליטים ופגע בביצועים. סדקים הצטברו גם באנודת הגרפיט ובחומר הקתודה. לעומת זאת, סוללות שנטענו באמצעות ‘פעימות’ זרם סבלו הרבה פחות מהשפעות כאלו. הטעינה הזו קידמה חלוקה הומוגנית יותר של יוני ליתיום באנודת הגרפיט, והפחיתה מתח מכני וסדקים. היא גם ייצבה טוב יותר את המבנה הכימי של חומר הקתודה.

גורם המפתח היה שימוש בתדרים גבוהים יחסית עבור פעימות הזרם, כאשר פולסים של גל ריבועי סיפקו את התוצאות הטובות ביותר. "טעינה בפעימות יכולה להביא יתרונות רבים במונחים של יציבות החומרים והממשקים של האלקטרודות, ולהאריך משמעותית את אורך החיים השימושיים של הסוללה", אמרה יוליה קוֹבַאל, מומחית לאחסון אנרגיה באוניברסיטה הטכנית של ברלין.

עד כמה משמעותית ההשפעה הזו? במחקר, מספר מחזורי הטעינה של סוללות ליתיום-יון מסחריות לפני שהקיבולת שלהן ירדה ל-80% מהקיבולת המקורית (הסטנדרט הנהוג בתעשייה למדידת אורך חיים תקין של סוללה) הוכפל. הממצאים מצביעים על כך שהתאמה פשוטה יחסית לאופן טעינת הסוללות עשויה לאפשר לטכנולוגיית הליתיום-יון הקיימת להחזיק מעמד זמן רב יותר במוצרי אלקטרוניקה ובכלי רכב חשמליים לפני שתזדקק להחלפה – וכך יוכלו מכשירים רבים שנמצאים ברשותנו כיום להחזיק זמן רב יותר לפני שחיי הסוללה שלהם ייפגעו משמעותית או שהסוללות יהפכו לנוטות ליהרס בדרכים שונות.