טכנולוגיה, יתרונות ועלויות של סוללות ליתיום-יון

כיצד פועלת סוללת ליתיום-יון? מהם היתרונות שלה על פני סוללת עופרת-חומצה? מתי אחסון בסוללת ליתיום-יון משתלם?A סוללת ליתיום-יוןסוללת ליתיום-יון (בקיצור: סוללת ליתיום-יון או סוללת ליתיום-יון) הוא מונח כללי למצברים המבוססים על תרכובות ליתיום בכל שלושת הפאזות, באלקטרודה השלילית, באלקטרודה החיובית וכן באלקטרוליט, התא האלקטרוכימי. לסוללות ליתיום-יון אנרגיה ספציפית גבוהה בהשוואה לסוגים אחרים של סוללות, אך הן דורשות מעגלי הגנה אלקטרוניים ברוב היישומים, מכיוון שהן מגיבות לרעה הן לפריקה עמוקה והן לטעינת יתר.סוללות ליתיום-יון סולאריות נטענות בחשמל ממערכת פוטו-וולטאית ונפרקות שוב לפי הצורך. במשך זמן רב, סוללות עופרת נחשבו לפתרון האנרגיה הסולארית האידיאלי למטרה זו. עם זאת, לסוללות ליתיום-יון יש יתרונות מכריעים, אם כי הרכישה עדיין כרוכה בעלויות נוספות, אשר עם זאת ניתנות להחזר באמצעות שימוש ממוקד.מבנה טכני והתנהגות אחסון אנרגיה של סוללות ליתיום-יוןסוללות ליתיום-יון אינן שונות באופן מהותי מסוללות עופרת-חומצה במבנה הכללי שלהן. רק נושא המטען שונה: כאשר הסוללה נטענת, יוני ליתיום "נודדים" מהאלקטרודה החיובית לאלקטרודה השלילית של הסוללה ונשארים "מאוחסנים" שם עד שהסוללה מתרוקנת שוב. מוליכי גרפיט איכותיים משמשים בדרך כלל כאלקטרודות. עם זאת, קיימות גם גרסאות עם מוליכי ברזל או מוליכי קובלט.בהתאם למוליכים שבהם נעשה שימוש, לסוללות ליתיום-יון יהיו מתחים שונים. האלקטרוליט עצמו חייב להיות נטול מים בסוללת ליתיום-יון מכיוון שליתיום ומים גורמים לתגובה אלימה. בניגוד לקודמותיהן העופרת-חומצה, לסוללות ליתיום-יון מודרניות (כמעט) אין אפקטי זיכרון או פריקה עצמית, וסוללות ליתיום-יון שומרות על מלוא עוצמתן לאורך זמן.סוללות אחסון ליתיום-יון מורכבות בדרך כלל מהיסודות הכימיים מנגן, ניקל וקובלט. קובלט (מונח כימי: קובלט) הוא יסוד נדיר ולכן מייקר את ייצורן של סוללות אחסון ליתיום. בנוסף, קובלט מזיק לסביבה. לכן, ישנם מאמצי מחקר רבים לייצור חומר הקתודה לסוללות ליתיום-יון במתח גבוה ללא קובלט.יתרונות סוללות ליתיום-יון על פני סוללות עופרת חומצה◎השימוש בסוללות ליתיום-יון מודרניות מביא עמו מספר יתרונות שסוללות עופרת-חומצה פשוטות אינן יכולות לספק.◎ראשית, יש להן אורך חיים ארוך בהרבה מסוללות עופרת-חומצה. סוללת ליתיום-יון מסוגלת לאגור אנרגיה סולארית למשך תקופה של כמעט 20 שנה.◎מספר מחזורי הטעינה ועומק הפריקה גדולים גם הם פי כמה מאשר בסוללות עופרת.◎בשל החומרים השונים המשמשים בייצור, סוללות ליתיום-יון הן גם קלות בהרבה מסוללות עופרת וקומפקטיות יותר. לכן הן תופסות פחות מקום במהלך ההתקנה.◎לסוללות ליתיום-יון יש גם תכונות אחסון טובות יותר מבחינת פריקה עצמית.◎בנוסף, אסור לשכוח את ההיבט הסביבתי: מכיוון שסוללות עופרת אינן ידידותיות במיוחד לסביבה בייצורן עקב העופרת בהן נעשה שימוש.נתונים טכניים מרכזיים של סוללות ליתיום-יוןמצד שני, יש לציין גם כי בשל תקופת השימוש הארוכה בסוללות עופרת, קיימים מחקרים ארוכי טווח משמעותיים הרבה יותר מאשר עבור סוללות ליתיום-יון החדשות עדיין, כך שניתן לחשב את השימוש בהן ואת העלויות הנלוות בצורה טובה ואמינה יותר. בנוסף, מערכת הבטיחות של סוללות עופרת מודרניות טובה בחלקה אף מזו של סוללות ליתיום-יון.באופן עקרוני, גם החשש מפגמים מסוכנים בתאי ליתיום-יון אינו חסר בסיס: לדוגמה, דנדריטים, כלומר משקעי ליתיום מחודדים, יכולים להיווצר על האנודה. הסבירות שאלו יגרמו לקצר חשמלי, וכך בסופו של דבר גם לבריחה תרמית (תגובה אקסותרמית עם יצירת חום חזקה ומאיצה את עצמה), קיימת במיוחד בתאי ליתיום המכילים רכיבי תא באיכות נמוכה. במקרה הגרוע ביותר, התפשטות תקלה זו לתאים שכנים עלולה להוביל לתגובת שרשרת ולשריפה בסוללה.עם זאת, ככל שיותר ויותר לקוחות משתמשים בסוללות ליתיום-יון כסוללות סולאריות, השפעות הלמידה של היצרנים עם כמויות ייצור גדולות יותר מובילות גם לשיפורים טכניים נוספים בביצועי האחסון ולבטיחות תפעולית גבוהה יותר של סוללות ליתיום-יון וגם להפחתות נוספות של עלויות. ניתן לסכם את מצב הפיתוח הטכני הנוכחי של סוללות ליתיום-יון בנתונים הטכניים המרכזיים הבאים:

קיבולת אחסון ועלויות של סוללות ליתיום-יון סולאריותהעלות של סוללת ליתיום-יון סולארית גבוהה בדרך כלל מזו של סוללת עופרת-חומצה. לדוגמה, סוללות עופרת בעלות קיבולת של5 קוט"שעולה כיום בממוצע 800 דולר לקילוואט-שעה של קיבולת נומינלית.מערכות ליתיום דומות, לעומת זאת, עולות 1,700 דולר לקילוואט-שעה. עם זאת, הפער בין המערכות הזולות ביותר ליקרות ביותר גבוה משמעותית מאשר במערכות עופרת. לדוגמה, סוללות ליתיום בהספק של 5 קוט"ש זמינות גם הן במחיר של 1,200 דולר לקילוואט-שעה בלבד.למרות עלויות הרכישה הגבוהות בדרך כלל, עלות מערכת סוללות ליתיום-יון סולאריות לקילוואט-שעה מאוחסנת נוחה יותר במחשב לאורך כל חיי השירות, מכיוון שסוללות ליתיום-יון מספקות חשמל למשך זמן רב יותר מסוללות עופרת-חומצה, אותן יש להחליף לאחר פרק זמן מסוים.לכן, בעת רכישת מערכת אחסון סוללות ביתית, אסור להיבהל מעלויות רכישה גבוהות יותר, אלא תמיד יש לקשר את היעילות הכלכלית של סוללת ליתיום-יון לכלל חיי השירות ומספר הקילוואט-שעה המאוחסנים.ניתן להשתמש בנוסחאות הבאות כדי לחשב את כל הנתונים המרכזיים של מערכת אחסון סוללות ליתיום-יון עבור מערכות פוטו-וולטאיות:1) קיבולת נומינלית * מחזורי טעינה = קיבולת אחסון תיאורטית.2) קיבולת אחסון תיאורטית * יעילות * עומק פריקה = קיבולת אחסון שמישה3) עלות רכישה / קיבולת אחסון שמישה = עלות לכל קוט"ש מאוחסן

BSLBATT: יצרן של סוללות ליתיום-יון סולאריותכיום ישנם יצרנים וספקים רבים של סוללות ליתיום-יון.סוללות ליתיום-יון סולאריות BSLBATTלהשתמש בתאי LiFePo4 ברמה A של BYD, Nintec ו-CATL, לשלב אותם ולספק להם מערכת בקרת טעינה (מערכת ניהול סוללות) המותאמת לאגירת חשמל פוטו-וולטאי כדי להבטיח פעולה תקינה וללא בעיות של כל תא אחסון בנפרד וכן של המערכת כולה.