ההבדל העיקרי בין חומצת עופרת לסוללת ליתיום יון הוא שסוללת חומצת עופרת דורשת תחזוקה שוטפת, בעלת אורך חיים קצר יותר והיא זולה, בעוד שסוללת ליתיום יון היא בעלת תוחלת חיים ארוכה יותר, יעילות גבוהה יותר והיא יקרה.
סוללת עופרת וסוללת ליתיום יון הן טכנולוגיות חשובות בתעשיית הסוללות הנטענות. לשני הסוגים הללו יש תכונות כימיות ופיזיות שונות.
מהי סוללת עופרת חומצה?
סוללת עופרת היא סוללה נטענת שהומצאה בשנת 1859 על ידי הפיזיקאי הצרפתי גסטון פלאנטה.זה היה הסוג הראשון של סוללה נטענת שנוצרה אי פעם. סוללה זו שונה מסוללות מודרניות, ולסוללות אלו יש צפיפות אנרגיה נמוכה יחסית. בנוסף, סוללות אלו מסוגלות לספק זרמי נחשול גבוהים, מה שאומר שלתאים יש יחס כוח-משקל גדול. יתר על כן, סוללות חומצת עופרת זולות יותר, מה שהופך אותן לאטרקטיביות בתעשיית הרכב. הסיבה לכך היא שהוא יכול לספק כמות גבוהה של זרם כנדרש על ידי מנועי המתנע.
איור 01: A Lead Acid Car Battery
מכיוון שסוג סוללה זה זול בהשוואה לסוללות מודרניות, הן שימושיות גם כאשר זרם הנחשול אינו משמעותי, ועיצובים אחרים מסוגלים לספק צפיפות אנרגיה גבוהה.מכירת סוללות עופרת חומצה בשנת 1999 הייתה בסביבות 40-50% מהערך הכולל של סוללות שנמכרו בכל רחבי העולם.
סוללת עופרת טיפוסית מכילה עופרת סולפט (PbSO4) וחומצה גופרתית מדוללת (H2SO 4). במצב של פריקה, הלוחות החיוביים והשליליים הופכים ל-PbSO4,והאלקטרוליט נוטה לאבד את רוב החומצה הגופרתית המומסת כדי ליצור בעיקר מים. תגובת הלוח השלילית היא כדלקמן:
Pb(s) +HSO4–(aq) → PbSO4(s) + H+(aq) + 2e
שני אלקטרונים מוליכים משתחררים בשלב זה מה שנותן לאלקטרודה זו מטען שלילי. הצטברות האלקטרונים הללו יוצרת שדה חשמלי שיכול למשוך יוני מימן ולדחות יוני סולפט. זה, בתורו, גורם להיווצרות של שכבה כפולה ליד פני השטח.
בקשר לתגובת הצלחת החיובית, ניתן לבטא אותה באופן הבא;
PbO2(s) + HSO4–(aq) + 3H +(aq) + 2e → PbSO4(s) + 2H2O(l)
לכן, התגובה הכוללת שמתרחשת בתוך סוללת חומצת העופרת היא;
Pb(s) +HSO4–(aq) + 3H+(aq) → 2PbSO4(s) +2H2O(l))
עם זאת, במצב טעון מלא, הלוח השלילי מכיל עופרת, והלוח החיובי מכיל עופרת דו-חמצנית. ישנה תמיסה אלקטרוליטית בעלת ריכוז גבוה יותר של חומצה גופרתית מימית. אלקטרוליט זה אוגר את רוב האנרגיה הכימית.
מהי סוללת ליתיום יון?
סוללת ליתיום יון היא סוללה נטענת עם תאים שבהם יון ליתיום נע מהאלקטרודה השלילית לאלקטרודה החיובית דרך אלקטרוליט במהלך הפריקה. התהליך ההפוך מתרחש בעת הטעינה. בדרך כלל, תאי ליתיום יון נוטים להשתמש בתרכובת ליתיום משולבת הפועלת כחומר באלקטרודה החיובית. בדרך כלל, נעשה שימוש בגרפיט באלקטרודה השלילית.
איור 02: סוללת ליתיום יון
יתר על כן, לסוללת ליתיום יון יש צפיפות אנרגיה גבוהה. אבל אין לו אפקט זיכרון ופריקה עצמית נמוכה. התאים של הסוללה מיוצרים, תוך עדיפות לאנרגיה או לצפיפות הספק. עם זאת, סוללות ליתיום יון עלולות להוות סכנה בטיחותית מכיוון שהן מכילות אלקטרוליטים דליקים, שעלולים להוביל לפיצוצים ולשריפות לאחר נזק או טעינה לא נכונה.
בדרך כלל, האלקטרודה השלילית של תא ליתיום-יון רגיל עשויה מפחמן. האלקטרודה החיובית היא תחמוצת מתכת. יתר על כן, האלקטרוליט הוא מלח ליתיום בממס אורגני. בהתאם לכיוון זרימת הזרם בתא, התפקידים האלקטרוכימיים של האלקטרודות מתהפכים בין האנודה לקתודה. בקנה מידה מסחרי, האנודה הנפוצה ביותר היא גרפיט, בעוד שהאלקטרודה החיובית היא אחד משלושה חומרים: תחמוצת שכבתית, פוליאניון או ספינל.
מה ההבדל בין סוללת עופרת וסוללת ליתיום?
סוללת עופרת הייתה הסוללה הנטענת הראשונה שנוצרה אי פעם. סוללת ליתיום יון היא סוג נוסף של סוללה נטענת. ההבדל העיקרי בין חומצת עופרת לסוללת ליתיום יון הוא שסוללת חומצת עופרת דורשת תחזוקה שוטפת, אינה מחזיקה מעמד לאורך זמן והיא זולה, בעוד שסוללת ליתיום יון היא בעלת יעילות גבוהה, בעלת תוחלת חיים ארוכה יותר והיא יקרה.
סיכום – סוללת עופרת מול ליתיום יון
באופן כללי, סוללות ליתיום יון עדיפות לרוב על סוללות חומצת עופרת, בשל מידת הקשר והיעילות שלהן. ההבדל העיקרי בין סוללת עופרת לסוללת ליתיום יון הוא שסוללת חומצת עופרת דורשת תחזוקה שוטפת ואינה מחזיקה מעמד לאורך זמן, והיא זולה, בעוד שסוללת ליתיום יון היא בעלת יעילות גבוהה יותר, תוחלת חיים ארוכה יותר והיא יקרה.
