סוללת ליתיום

סוללות ליתיום הן סוללות חד פעמיות אשר מורכבות מתרכובות של מתכת ליתיום או מליתיום טהור (Li). סוללות ליתיום נבדלות מהסוללות האחרות באורך חייהן, בממדיהן הקטנים ובאיכותן. כתוצאה מסיבות אלו מחיר סוללות הליתיום גבוה ביחס לסוגי הסוללות האחרות. תאי הליתיום של הסוללה יכולים לספק מתח חשמלי בטווח של 1.5V-3.7V. המונח "סוללות ליתיום" הוא מונח אשר מכליל את כל סוגי סוללות הליתיום אשר בינן הבדלים רבים כגון: גודל, צורה וכן סוגי הקתודות והאנודות אשר נמצאים בסוללה המסוימת. הסוללה צורכת בין 0.15-0.3 קילוגרם ליתיום לקוט"ש (קילוואט לשעה).

אופן פעולת התא

הסוג הנפוץ ביותר של סוללות ליתיום אשר נמכרות לצרכנים, בנויות ממתכת ליתיום כאנודה ודו תחמוצת מנגן עם מלח ליתיום מומס בממס אורגני כקתודה.

סוג נוסף של סוללות ליתיום בהן יש אנרגיה גדולה הוא סוללת ליתיום אשר בה תא ליתיום של תיוניל כלוריד. סוללות ליתיום תיוניל כלוריד בדרך כלל לא נמכרות לצרכן בשוק, ולרוב משתמשים בהן ביישומים תעשייתיים, או שהן מותקנות במכשירים בהם הלקוח לא יכול להחליף את הסוללות. התא מכיל תערובת נוזלית של תיוניל כלוריד (SOCl2) וליתיום (lithium tetrachloroaluminate), הפועלים כקתודה ואלקטרוליט, בהתאמה. חומר פחמן נקבובי משמש כאספן קתודה אשר מקבל אלקטרונים מהמעגל החיצוני. סוללות ליתיום תיוניל כלוריד מתאימות גם ליישומים אשר צורכים אנרגיה מאוד נמוכה אך למשך זמן רב, כגון מערכות אזעקה אלחוטיות.

אחסון

לסוללות הליתיום יכולת קיבול גבוהה במיוחד, וכל זאת באריזה קומפקטית וקטנה. אחסון לא נכון של הסוללה עלול לגרום להתדרדרות בביצועיה. סוללה שנשארת במכשיר אותו היא מפעילה למשך זמן רב ללא כל שימוש במכשיר, פורקת כוח אלקטרוני זעיר לתוך המכשיר גם כשהמכשיר כבוי, דבר זה עלול להוביל לפריקת הסוללה וכתוצאה מכך לסיום אורך חיי הסוללה. כדי למצות את מירב חיי הסוללה חשוב לשמור על הסוללה במרחב מוצל ולא חם מדי, ולא לנצל הרבה כוח של הסוללה בבת אחת. דבר נוסף אשר ניתן לעשות הוא לשמור את הסוללה בתוך האריזה עד שייעשה שימוש בה.

תיאור וצורת הסוללה

שימוש בסוללות ליתיום קטנות, נעשה לרוב במכשירים אלקטרוניים ניידים כגון: מחשבי כף יד, שעונים, מצלמות וידאו, מצלמות דיגיטליות, מדי חום, מחשבונים ומנעולי מכוניות. סוללות הליתיום זמינות במגוון צורות וסוגים. בדרך כלל, צורת הסוללה היא עיגול דמוי מטבע, בקוטר של עד כ- 20 מ"מ ועובי שבין 1.6-4 מ"מ. דרישות החשמל הגבוהות של מכשירים שונים הופכות את סוללת הליתיום ליותר שימושית במכשירים הללו. סוללות ליתיום, יכולות לתמוך בקלות בדרישות מתח קצרות או כבדות של מכשירים, כגון מצלמות דיגיטליות. 
לרוב, משתמשים בסוללות הליתיום במוצרים בהם המכשיר צריך לפעול לפרק זמן ארוך כדוגמת אזעקות, או מתקנים אשר פעילותם חייבת להיות מתמדת, לדוגמה: קוצבי לב מלאכותיים או מתקנים רפואיים אחרים אשר מושתלים בגוף ואמורים לעבוד בדרך כלל במשך 15 שנים. סוללות הליתיום לרוב לא יימצאו בצעצועים, הפועלים על סוללות רגילות, מכיוון שמחיר סוללות הליתיום כאמור גבוה.

ישנם גם שעונים ומצלמות אשר פועלים על סוללות ליתיום, בשל היתרון של "זמן החיים" הארוך בסוללות אלו. שימוש בסוללת ליתיום יקטין את הצורך בהחלפת הסוללה בתדירות גבוהה, וכך יחסוך בעלויות.

בנוסף, משתמשים בסוללות ליתיום במכשירים ימיים, כגון מכשירי קשר, מכיוון שסוללת ליתיום אחת מכילה פי 3 אנרגיה מסוללה רגילה, דבר אשר בחלק מהמקרים מצדיק את מחירן הגבוה.

פופולריות

סוללות הליתיום מהוות כ-43% מהסוללות שנמכרו ביפן ב-2014, אך רק כ-0.5% מהסוללות הנמכרות בכל אירופה.

מחיר

סוללת הליתיום היא סוללה שעלויות הייצור שלה גבוהות בהשוואה לעלויות הייצור של סוללות רגילות. אולם, בשל האנרגיה הרבה שאגורה בתוכה, יתרונה בשימוש לטווח ארוך, מכיוון שהיא חוסכת את הצורך בהחלפה תדירה של הסוללה וכתוצאה מכך אין צורך לפרק את המכשיר שבו היא נמצאת, והדבר מקבל חשיבות יתר במיוחד בהתקנים רפואיים שנמצאים בתוך גוף האדם, ששם משמעות החלפת סוללה הוא ניתוח.

קיבולת האנרגיה של הסוללה

קיבולת האנרגיה של סוללות הליתיום נמדדת כמו כל שאר הסוללות ביחידות של Ah (אמפר שעה). כלומר, כאשר מצוין על גבי סוללה שהיא בעלת קיבולת של 1Ah, הכוונה היא שהסוללה מסוגלת לספק זרם של אמפר אחד במשך שעה. לדוגמה, מכשיר אלקטרוני שצורך 100mA, וניזון מסוללה שהקיבולת שלה 1300mAh, ירוקן את הסוללה תוך 13 שעות עבודה. בפועל, חישוב זה הוא פשטני למדי שכן בפועל, כאשר סוללה קרובה להתרוקן, יורד בהדרגה גם המתח בין הדקיה. כאמור, אורך חיי סוללת הליתיום גדול, אודות לקיבול האנרגיה הגבוהה שלה, בנפח קטן, ולכן נמצא אותה בעיקר במכשירים שנדרשים לעבוד במשך זמן רב.

בליעה וסכנת חנק

מכיוון שסוללות הליתיום קטנות, יש סכנה שילדים קטנים יבלעו אותן. בנוסף, בשל צורתה העגולה של הסוללה, הסוללה עלולה להיתקע בוושט של הילדים ולגרום לנזק לטווח ארוך, סיבוכים קליניים ואפילו מוות. לעיתים הסוללה לא נתקעת בוושט וכך היא ממשיכה בדרכה עד שמגיעה למערכת העיכול שם היא יכולה לפרוק את מטענה החשמלי ולגרום לנזק ברקמות. נזק זה הוא רציני למדי והוא עלול לגרום למוות. לרוב סוללות בצורת דיסק לא פורקות את מטענן החשמלי אך הן יכולות להישאר תקועות במערכת העיכול.

התפוצצות

סוללות ליתיום מספקות זרם גבוה מאוד במהירות רבה. תכונה זו הופכת את הסוללה לשימושית, במוצרים אשר זקוקים לפריקה מהירה. אך מאותה תכונה, נוטות סוללות הליתיום להתחמם יתר על המידה ואף להתפוצץ. כדי למנוע התחממות והתפוצצות, נהוג לשלב במכשיר בו שמים את הסוללה, פתחי אוורור או אמצעי הגנה אחרים. במקרים מסוימים סוללות הליתיום יכולות לגרום לכוויה כימית.

סוללות ליתיום ומעבדות סמים

סוללות ליתיום שאינן בשימוש, הנן מקור זמין של מתכת ליתיום למעבדות ליצירת סמים בלתי חוקיים. תחומי שיפוט או עסקים מסוימים ביקשו לבצע הגבלות מרצון של רכישת סוללות ליתיום, כדי למנוע הכנת מעבדות סמים בלתי חוקיות. דוגמה לעסק אשר הגביל את רכישת סוללות הליתיום הנה רשת חנויות "וול מארט" בארצות הברית, שהגבילה בשנת 2004 את מכירת חבילות סוללות הליתיום ל-3 במיזורי, ול-4 חבילות במדינות אחרות.

מסע באוויר

בספטמבר 2010 התרסקה טיסת מטען UPS 6 בדובאי לאחר שפרצה שריפה במטוס. חוקרי תאונות תעופה תלו את האשמה בעשרות אלפי סוללות ליתיום שהיו במטען. החל מהראשון בינואר 2013, החלו תקנות מחמירות ביותר בנוגע לנשיאת סוללות ליתיום דרך האוויר. תקנות אלו הוצגו על ידי IATA, והן אומצו על ידי איגוד הדואר העולמי. לעומת זאת, במדינות כמו בריטניה לא הסכימו כלל למכור סוללות ליתיום, אלא אם כן הסוללות נמצאות בתוך המכשיר אותו הן מפעילות. בגלל הסיכונים וההגבלות שהוזכרו, משלוח והובלה של סוללות ליתיום קשה ויקר במצבים מסוימים, בעיקר באוויר.

אבטחת התחבורה והמנהל של ארצות הברית הודיעה על הגבלות בנשיאת סוללות ליתיום במזוודות. הכללים חלים על סוללות ליתיום אשר לא מותקנות בתוך המכשיר אותו הן מפעילות.
תקנות בריטניה על הובלת סוללות ליתיום תוקנו על ידי מרכז החירום הכימי בשנת 2009. בסוף שנת 2009 הגבילו מספר ממשלי דואר את כמות המשלוחים של סוללות ליתיום, סוללות ליתיום-יון ומוצרים אשר מכילים סוללות כאלו בתוכם. כמה מהמדינות שביצעו מהלך זה הן יפן, הונג-קונג וארצות הברית.

אוסטרליה הודיעה על איסור של העברת סוללות ליתיום במשלוחים דרך האוויר במהלך שנת 2010.

סילוק ומחזור

סוללות הליתיום מהוות בעיה לסביבה מכיוון שלאחר שנעשה בהן השימוש וצריך למחזר אותן, לא ניתן לבצע בהן טיפול מכני, כגון גריסה, מכיוון שהרכב הסוללות מכיל חומרים אורגניים ומתכות רעילות.
התקנות לסילוק ומחזור סוללות הליתיום משתנות מארץ לארץ ולפעמים אף מאזור לאזור באותה הארץ. דבר זה מתבטא בכך שמוסיפים תקנות נוספות לגבי המחזור והסילוק של הסוללות בנוסף לתקנות הלאומיות בנושא זה. בישראל נאספים בשנה לא פחות מ-20 טון של סוללות ליתיום. מכיוון שבארץ לא מטפלים במחזור סוללות אלו, הן נשלחות לקנדה צרפת ובלגיה, ושם הן עוברות טיפול פירומטלורגי (טיפול בשריפת מתכת). כאשר שורפים את סוללות הליתיום החומר האורגני (הרעיל) שבהן מתנדף ומתכת הליתיום מצויה באפר שנשאר. חלק מהאפר מתנדף באוויר וחלק מצוי בתחתית בצורה מוצקה. ייצוא של סוללות הליתיום לארצות אחרות הוא תהליך אשר עולה למדינת ישראל כסף רב, ולכן הקמת מפעלים אשר יקיימו את תהליך שרפת סוללות הליתיום היא כדאית. הקמת המפעלים הללו עולה כסף רב, אך הרווח הצפוי מייצוא של מתכת הליתיום אשר תישאר בסוף התהליך הוא כ-10,000 דולרים לטון ליתיום.