סוללות (מצברי) ליתיום-יון הולכות ותופסות מקום חשוב בחיינו. לא רק שהן נפוצות מאד במחשבים ובטלפונים ניידים, אלא גם בכלי-הרכב ההיברידיים ההולכים ומתרבים עם האמרת מחירי הדלק. כיצד הן פועלות? מה מייחד אותן לעומת סוללות\מצברים אחרים? מה הדרך הנכונה להשתמש בהן? איזה סיכונים כרוכים בשמוש בהן?

עם עליית השמוש בהן ועליית חשיבותן הכלכלית עלה גם מספר הפרסומים העוסקים בהן, כמו גם מספר האנשים העובדים בפיתוחן וביצורן ובתקציבים שנועדו לשם כך. הדברים שלהן נועדו לשמש מבוא קצר להכרתן.

א. מבנה הסוללה ודרך פעולתה
באופן פשטני ניתן לחלק את הסוללה לשלושה חלקים: אלקטרודה חיובית (אנודה), אלקטרודה שלילית (קטודה) וביניהן אלקטרוליט. ההרכב הכימי וריכוזו של האלקטרוליט משתנה בעת פעולת המצבר, וכמו כן משתנה כמות הליתיום האגורה באלקטרודות. בפריקה משתחררת אנרגיה (חשמלית) ובטעינה נאגרת אנרגיה חשמלית. אנו מכירים היטב פעולה דומה (אבל חד-כיוונית) בתרכובת כימית אחרת, היא הדלק. הריאקציה הכימית בה מעורב הדלק נקראת בעירה ובה הוא מתרכב עם חמצן,ומשחרר אנרגיה בצורה של חום. המוצרים הכימיים של הבעירה הם מים ודו-תחמוצת הפחמן. תוך כדי בעירה ושחרור האנרגיה, הולכת ופוחתת כמות הדלק במיכל.

בסוללת ליתיום-יון ה"דלק" הוא יוני ליתיום (ואלקטרונים) חופשיים הנמצאים באלקטרוליט. הם מגיעים אליו בזמן הטעינה מהאלקטרודות, ונאספים אליהן מחדש בעת הפריקה.

בסוללות הליתיום הראשונות היתה האנודה עשויה מליתיום. ליתיום הינו המתכת הקלה ביותר, והוא מאד אקטיבי מבחינה כימית כמו “אחיו למשפחה” – הנתרן והאשלגן, ותגובתו למים אלימה. השמוש בסוללות הללו היה מסוכן כי הן יכלו להדלק או להתפוצץ בקלות. פריצת הדרך לשמוש נרחב בסוללות הליתיום-יון התרחשה כשנמצאה הדרך להכיל את הליתיום במסגרת יציבה הממתנת את נטיתו להתלקח ולהתפוצץ. החברה הראשונה שהכניסה לשמוש נרחב סוללות ליתיום-יון היתה סוני. בסוללות שיצרה הוכל הליתיום בתוך מצע פחמני. במרוצת הזמן שופרו גם המצעים וגם האלקטרוליט וכיום שני הסוגים הדומיננטיים של סוללות ליתיום-יון הם ליתיום פולימר (מתח כל תא 3.7 וולט) וליתיום ברזל (מתח כל תא 3.3 וולט), כשלאחרון יתרונות מבחינת בטיחות וקיבולת.

מתח זה גבוה בהרבה מהמתח של סוללות אבץ (1.5 וולט) ניקל-הידרט (1.2 וולט) או מצברי עופרת (2 וולט). משום כך מייצרים את הסוללות הללו בגדלים שאינם מתאימים לגדלים של הסוללות הרגילות (AA וכו’) – כדי להקטין את אפשרות השמוש בהן במקומות בהן המתח הגבוה עלול לגרום לנזק.
לסוללות ליתיום תכולת האנרגיה הגבוהה ביותר ליחידת משקל, ולכן צופים להן תפקיד חשוב במכוניות חשמליות ובציוד נייד בכלל.

ב. מחזור החיים של סוללת ליתיום-יון
סוללת ליתיום-יון יכולה לשרוד בין 300 ל 1000 מחזורי טעינה-פריקה לפני שהיא הופכת לבלתי-שמישה (תכולת מטען קטנה מדי). מס’ המחזורים תלוי מצד אחד בסוג הסוללה ובאיכות היצרן, ומצד שני בגיל הסוללה, בטמפרטורת הסביבה ובקצב הפריקה.

הטבלה הבאה מציגה את השפעת הגיל וטמפרטורת הסביבה על קיבולת סוללה:

מטבלה זו עולה מסקנה מעניינת: אין דבר גרוע לסוללה של מחשב נייד מאשר להיות טעונה ל 100% בעת שהמחשב פועל ומחובר לחשמל. הטמפרטורה של הנייד עליו נכתבים דברים אלה, למשל, היא… 57 מעלות.

סיטואציה מזיקה אחרת יכולה להיות השארת הנייד כבוי, במכונית סגורה. מכוניות סגורות הן חממה והטמפרטורה בתוכן יכולה להיות גבוהה ביותר. 
מבחינת חיי סוללה כדאי לשמור אותה במקרר (לא במקפיא), טעונה חלקית, בתקופות בהן הנייד מחובר לחשמל. לרוע המזל, לאופן שימוש זה שתי מגרעות חמורות: במקרה של הפסקת חשמל יש סכנה מוחשית של אובדן מידע; וכשיש צורך לא מתוכנן מראש בסוללה – היא אינה טעונה במלוא קיבולתה.

מסקנה אחרת העולה מן הטבלה היא כי מרגע שיצאה מפס היצור מאבדת הסוללה בהתמדה את יכולתה לאגור מטען – גם אם לא היתה כלל בשמוש.
גם קצב הטעינה והפריקה משפיע על אורך חיי הסוללה, המתארכים ככל שקצבים אלו קטנים. התמונה הבאה ממחישה זאת: