סוללות ליתיום-יון הן חלק בלתי נפרד מהחיים המודרניים - הן מפעילות את הסמארטפונים, המחשבים הניידים והרכבים החשמליים. במשך שנים הן נחשבו לעמידות במיוחד, גם כשהסוללה מתרוקנת כמעט לגמרי. אבל מחקר חדש חושף: דווקא פריקה מלאה (כלומר שימוש בסוללה עד שהיא נגמרת) עלולה לגרום נזק חמור, במיוחד לסוללות מסוג ניקל-מנגן-קובלט (NMC), מהנפוצות בעולם.
לא כמו פעם
מי שזוכר את תחילת עידן המכשירים הניידים - טלפונים סלולריים, מצלמות דיגיטליות - אולי זוכר גם את הסוללות שהפעילו אותם: חד-פעמיות או סוללות עופרת-חומצה כבדות, מהסוג שעדיין משמש ברכבי בנזין. אחת הבעיות הגדולות שלהן הייתה שהתרוקנות מלאה קיצרה את חייהן באופן דרמטי.
כשהגיעו סוללות ליתיום-יון, הן נראו כמו פתרון מושלם: קלות יותר, חזקות יותר, ולכאורה גם עמידות יותר לפריקה עמוקה. הן היו המנוע שהפך את הרכב החשמלי מרעיון תיאורטי למוצר קיים. אבל כעת מסתבר - זה לא תמיד המצב.
מה קורה כשסוללה "נגמרת"?
צוות חוקרים בראשות פרופ' ג'יהיון הונג מאוניברסיטת פוהאנג למדע וטכנולוגיה בדרום קוריאה גילה תהליך כימי הרסני שמתרחש כאשר סוללות NMC מתרוקנות לחלוטין. החוקרים זיהו תופעה חדשה, אותה כינו "תגובה דמוית המרה" (conversion-like reaction), שבה משתחרר חמצן מפני האלקטרודה ויוצר תחמוצת ליתיום (Li₂O) בשילוב עם יוני ליתיום.
בפועל, מדובר במעין "חלודה" כימית: תחמוצת הליתיום מגיבה עם האלקטרוליטים (נוזלים אורגניים המכילים פחמימנים) ויוצרת גזים מזיקים כמו פחמן חד-חמצני, מימן ומתאן. גזים אלה פוגעים במבנה הפנימי של הסוללה, מצמצמים את הקיבולת שלה ומזרזים את התדרדרותה.
התהליך הזה נפוץ במיוחד בסוללות NMC שמכילות ריכוז גבוה של ניקל - מגמה הולכת ומתרחבת, כיוון שיצרנים מנסים לצמצם שימוש בקובלט, שהוא יקר ולעיתים גם בעייתי מבחינה סביבתית ואתית.
התוצאות מדברות בעד עצמן: בניסוי שנמשך 250 מחזורי טעינה ופריקה, סוללה עם 90% ניקל שאופיינה בפריקה מלאה חוזרת איבדה כמעט את כל הקיבולת שלה - נותרו לה רק 3.8% מהקיבולת המקורית. לעומתה, סוללה זהה שלא עברה פריקה מלאה שמרה על 75% מהקיבולת שלה לאחר 300 מחזורים.
"עד כה רוב המחקרים התמקדו בנזק שגורמת טעינת יתר," אמר פרופ' הונג בהצהרה. "אבל כמעט שלא נבדקה ההשפעה של פריקה מלאה - שהיא חלק בלתי נפרד מהשימוש היומיומי בסוללה. אנחנו מציעים זווית חדשה לפיתוח סוללות שיחזיקו מעמד לאורך זמן".
עוד בנושא
פריצת דרך מדעית עשויה להוביל לסוללות שלא מתבלות
השיטות שלא הכרתם לסחוט מסוללה את טיפת האנרגיה האחרונה
מתי אתם מטעינים את הטלפון?
ומה זה אומר על חיי הסוללה שלנו?
יש מי שחיים על הקצה ומטעינים את הטלפון או הלפטופ רק כשאין ברירה, ויש מי שנכנסים ללחץ כשמד הסוללה יורד מתחת ל־25%. לפי המחקר החדש - נראה שהקבוצה השנייה דווקא צודקת, לפחות אם רוצים לשמור על הסוללה, ואולי אפילו על הסביבה.
כולנו מרגישים את זה - הטלפון מחזיק פחות ופחות זמן בין טעינה לטעינה. אמנם אפליקציות תובעניות יותר תורמות לכך, אבל ההתדרדרות הטבעית של הסוללה היא הגורם המרכזי.
כדי להאט את התהליך הזה, יצרני מכשירים ממליצים להימנע מטעינה מלאה מדי (להוציא את המטען לפני שהסוללה מגיעה ל-100%), וגם לא לאפשר לסוללה להתרוקן לחלוטין. הטווח האידאלי: בין 30% ל-70% טעינה.
בעולם הרכב החשמלי, ההנחיות עד כה התמקדו בעיקר במניעת טעינת יתר - אבל המחקר החדש מראה שגם פריקה עמוקה, במיוחד בסוללות עתירות ניקל, עלולה לקצר משמעותית את חיי הסוללה. עם זאת, חשוב לציין כי המחקר לא כלל סוללות ליתיום-ברזל-פוספט (LFP), שנפוצות ברכבים כמו טסלה מודל 3 הסינית, ונחשבות עמידות יותר במצבים כאלה.
אם אתם נוהגים להשתמש במכשיר עד שהסוללה "גוססת", אולי הגיע הזמן לשנות הרגל. טעינה מחדש כשהסוללה מגיעה ל-25% ולא אפס, עשויה לתרום לא רק לביצועים טובים יותר - אלא גם לחיים ארוכים יותר של הסוללה כולה.