סוללות ליתיום נבדלות מכימיה של סוללות אחרות בשל צפיפות האנרגיה הגבוהה שלהן ועלותן הנמוכה למחזור. עם זאת," סוללת ליתיום" הוא מונח חד משמעי. ישנן כשש כימציות נפוצות של סוללות ליתיום, לכולן יתרונות וחסרונות ייחודיים משלהן. עבור יישומי אנרגיה מתחדשת, הכימיה השולטת היא ליתיום ברזל פוספט (LiFePO4). לכימיה זו יש בטיחות מצוינת, עם יציבות תרמית רבה, דירוגי זרם גבוהים, חיי מחזור ארוכים וסובלנות להתעללות.
ליתיום ברזל פוספט (LiFePO4) היא כימיה של ליתיום יציבה במיוחד בהשוואה כמעט לכל שאר הכימאות של ליתיום. הסוללה מורכבת מחומר קתודה בטוח באופן טבעי (פוספט ברזל). בהשוואה לכימיה אחרת של ליתיום ברזל פוספט מקדם קשר מולקולרי חזק, העמיד בתנאי טעינה קיצוניים, מאריך את חיי המחזור ושומר על תקינות כימית לאורך מחזורים רבים. זה מה שנותן לסוללות אלה את יציבותן התרמית הגדולה, חיי המחזור הארוכים והסובלנות להתעללות.
סוללות LiFePO4 אינן נוטות להתחממות יתר, והן אינן מסולקות ל-' לבריחה תרמית' ולכן אין לחמם יתר על המידה או להבעיר כאשר הם נתונים לטיפול לא תקין או תנאים סביבתיים קשים. שלא כמו חומצת עופרת מוצפת וכימציות סוללה אחרות, סוללות ליתיום אינן פורקות גזים מסוכנים כגון מימן וחמצן. אין' גם סכנה לחשיפה לאלקטרוליטים קאוסטיים כגון חומצה גופרית או אשלגן הידרוקסיד. ברוב המקרים ניתן לאחסן סוללות אלה באזורים סגורים ללא סכנת פיצוץ ומערכת מעוצבת כהלכה לא צריכה לדרוש קירור או אוורור פעיל.
סוללות ליתיום הן מכלול המורכב מתאים רבים, כמו סוללות חומצה עופרת וסוגי סוללות רבים אחרים. לסוללות חומצת עופרת יש מתח נומינלי של 2V/תא, ואילו לתאי סוללת ליתיום יש מתח נומינלי של 3.2V. לכן, כדי להשיג סוללה של 12 וולט, בדרך כלל יהיו לך ארבעה תאים המחוברים בסדרה'. זה יגרום למתח הנומינלי של LiFePO4 12.8V. שמונה תאים המחוברים בסדרה יוצרים סוללה של 24V במתח נומינלי של 25.6V ושש עשרה תאים המחוברים בסדרה יוצרים סוללה של 48V עם מתח נומינלי של 51.2V. מתחים אלה עובדים טוב מאוד עם ממירים 12V, 24V ו- 48V אופייניים.
סוללות ליתיום משמשות לרוב להחלפה ישירה של סוללות החומצה העופרת מכיוון שיש להן מתח טעינה דומה מאוד. סוללת ארבעה תאים LiFePO4 (12.8V), בדרך כלל תהיה בעלת מתח טעינה מרבי בין 14.4-14.6V (תלוי בהמלצות היצרנים). מה ש&ייחודי לסוללת ליתיום הוא שהם אינם זקוקים למטען ספיגה או להחזיק אותם במצב מתח קבוע לפרקי זמן משמעותיים.
בדרך כלל, כאשר הסוללה מגיעה למתח הטעינה המרבי היא כבר לא צריכה להיות נטענת. מאפייני הפריקה של סוללות LiFePO4 הם גם ייחודיים. במהלך פריקה, סוללות ליתיום ישמרו על מתח גבוה בהרבה מזה שהסוללות של חומצת עופרת היו בדרך כלל תחת עומס. אין זה נדיר שסוללת ליתיום תוריד רק כמה עשיריות וולט מטעינה מלאה ל -75% פריקה. זה יכול להקשות על לדעת כמה קיבולת נוצלה ללא ציוד ניטור סוללות.
יתרון משמעותי של ליתיום על פני סוללות חומצה עופרת הוא בכך שהן אינן סובלות מרכיבה על גירעונות. בעיקרו של דבר, זה כאשר לא ניתן לטעון את הסוללות במלואן לפני שהן נטענות שוב למחרת. זוהי בעיה גדולה מאוד עם סוללות חומצה עופרת ויכולה לקדם הידרדרות צלחת משמעותית אם תעבור אופניים שוב ושוב בצורה זו. סוללות LiFePO4 אינן צריכות להיטען במלואן באופן קבוע. למעשה,' ניתן לשפר מעט את תוחלת החיים הכוללת באמצעות טעינה חלקית קלה במקום טעינה מלאה. יעילות היא גורם חשוב מאוד בעת תכנון מערכות חשמליות סולאריות. יעילות הלוך ושוב (ממלא למת וחזרה למלאה) של סוללת חומצת העופרת הממוצעת היא כ -80%. כימיה אחרת יכולה להיות גרועה אף יותר. יעילות האנרגיה הלוך ושוב של סוללת ליתיום ברזל פוספט היא למעלה מ- 95-98%. זה לבדו מהווה שיפור משמעותי עבור מערכות המורעבות מאנרגיה סולארית במהלך החורף, החיסכון בדלק מטעינת גנרטור יכול להיות עצום.
שלב טעינת הספיגה של סוללות חומצה עופרת אינו יעיל במיוחד, וכתוצאה מכך התייעלות של 50% ואף פחות. בהתחשב בכך שסוללות ליתיום אינן סופגות טעינה, זמן הטעינה מפריקה מלאה למלאה מלאה יכול להיות עד שעתיים. חשוב גם לציין כי סוללת ליתיום יכולה לעבור פריקה כמעט מלאה כפי שדורגה ללא השפעות שליליות משמעותיות.
עם זאת, חשוב לוודא שהתאים הבודדים לא יתרוממו. זהו תפקידה של מערכת ניהול סוללות משולבת (BMS). הבטיחות והאמינות של סוללות ליתיום מהוות דאגה גדולה, ולכן לכל מכלולים צריכה להיות מערכת ניהול סוללות משולבת (BMS). BMS היא מערכת המנטרת, מעריכה, מאזנת ומגנה על תאים מפני פעולה מחוץ ל" אזור הפעלה בטוח" ;. BMS הוא מרכיב בטיחות חיוני במערכת סוללות ליתיום, הניטור והגנה על התאים שבתוך הסוללה מפני זרם יתר, מתח/מעל, טמפרטורה תחת/מעל ועוד.
תא LiFePO4 ייפגע לצמיתות אם המתח של התא ירד אי פעם לפחות מ -2.5 וולט, הוא גם ייפגע לצמיתות אם המתח של התא יעלה ליותר מ -4.2 וולט. ה- BMS עוקב אחר כל תא וימנע נזק לתאים במקרה של מתח תחת/יתר. אחריות מהותית נוספת של ה- BMS היא לאזן את החבילה במהלך הטעינה, להבטיח שכל התאים יקבלו טעינה מלאה ללא טעינת יתר. התאים של סוללת LiFePO4 לא יתאזנו אוטומטית בסוף מחזור הטעינה. יש שינויים קלים בעכבה דרך התאים ולכן אף תא אינו זהה במאה אחוז.
לכן, בעת רכיבה על אופניים, חלק מהתאים יטענו במלואם או ישוחררו מוקדם יותר מאחרים. השונות בין התאים תגדל באופן משמעותי עם הזמן אם התאים אינם מאוזנים. במצברים של חומצה עופרת, הזרם ימשיך לזרום גם כאשר אחד או יותר מהתאים טעונים במלואם. זוהי תוצאה של האלקטרוליזה המתרחשת בתוך הסוללה, המים המתפצלים למימן וחמצן. זרם זה עוזר להטעין תאים אחרים באופן מלא, ובכך לאזן באופן טבעי את המטען על כל התאים.
עם זאת, לתא ליתיום טעון במלואו תהיה עמידות גבוהה מאוד ומעט מאוד זרם יזרום. לכן התאים המשתרכים לא יטענו במלואם. במהלך האיזון ה- BMS יחיל עומס קטן על התאים הטעונים במלואם, ימנע ממנו להיטען יתר ויאפשר לתאים האחרים להדביק את התאים. סוללות ליתיום מציעות יתרונות רבים על פני כימי סוללות אחרים. הם פתרון סוללות בטוח ואמין, ללא חשש מפני בורח תרמי ו/או התמוטטות קטסטרופלית, המהווה אפשרות משמעותית מסוגי סוללות ליתיום אחרים. סוללות אלה מציעות חיי מחזור ארוכים במיוחד, כאשר חלק מהיצרנים אף מתחייבים לסוללות עד 10,000 מחזורים. עם שיעורי פריקה וטעינה גבוהים כלפי מעלה של C/2 רציפים ויעילות הלוך ושוב של עד 98%, אין זה פלא שהסוללות האלה צוברות אחיזה בתעשייה. ליתיום ברזל פוספט (LiFePO4) הוא פתרון מושלם לאחסון אנרגיה.
