Clear Sky Science
הסברים מבוססי ראיות, עם מעט ז'רגון

Clear Sky Science · he

הארכת חיי הסוללה באמצעות טעינה בפולסים

· חזרה לאינדקס

מדוע זה חשוב לנהגים ביום-יום

טעינה מהירה של רכב חשמלי נוחה, אך יש לה מחיר נסתר: הסוללה עלולה להתבלות מהר יותר, מה שהופך את הרכבים ליקרים ופחות בני-קיימא. המחקר בוחן רעיון פשוט למדי — טעינת סוללות בפולסים מהירים של הדלקה וכיבוי במקום זרם קבוע — כדי לבדוק האם אפשר לשמור על מהירות טעינה גבוהה תוך האטת ההזדקנות של הסוללה. הממצאים מצביעים על כך שטעינה בפולסים עשויה לסייע לסוללות של כלי רכב חשמליים להחזיק מעמד זמן רב יותר בלי שינויים מהותיים בחומרה הקיימת.

Figure 1
Figure 1.

טעינה עדינה יותר בלי לא לעכב אותך

סוללות ליתיום-יון, שהן העמוד השדרה של רכבי החשמל המודרניים, מאבדות בהדרגה מהקיבולת בכל מחזור טעינה ופריקה. ניסויי מעבדה מסורתיים בדרך כלל טוענים תאים בזרם קבוע, אך ברכבים אמיתיים הביקוש להספק משתנה כל הזמן. החוקרים ביקשו לגשר על הפער הזה על-ידי השוואה שיטתית בין טעינת זרם קבועה סטנדרטית לבין מגוון תבניות טעינה בפולסים. בכל המקרים שמרו על הספק טעינה ממוצע זהה, כך שכל הבדל בהזדקנות ייגרם מאופן אספקת הזרם ולא מכמות האנרגיה שנכנסה.

כיצד נערכו ניסויי הפולסים

הצוות בדק תאי ליתיום-יון מסחריים המותאמים לאופטימיזציה אנרגטית בשתי קבוצות עיקריות. בקבוצה אחת הטענו ופרקו סוללות בפולסים בצורת גל מרובע שהחליפו בין אפס לזרם גבוה יותר בתדרים שבין 10 ל-1000 מיליהרץ (כלומר, כל מחזור הדלקה–כיבוי ארך משניות ועד דקות). בקבוצה השנייה השתמשו בזרמים ממוצעים גבוהים יותר הרלוונטיים לטעינה מהירה ושינו גם את תדירות הפולסים וגם את חלק הזמן שבו הזרם היה "דלוק" (מעגל החובה). מבחני זרם קבוע באותו הספק ממוצע שימשו כהתייחסויות. לאורך מאות מחזורים עצרו החוקרים באופן סדיר את ניסויי ההזדקנות כדי למדוד קיבולת, התנגדות פנימית וטביעות אצבע עדינות של האופן שבו כל אלקטרודה בתא השתנתה.

Figure 2
Figure 2.

מה הסוללות גילו עם הזמן

התוצאות היו בולטות. בטעינה בזרם קבוע הקיבולת ירדה במהירות, כאשר תאים שמרו רק כ-70% מהקיבולת ההתחלתית לאחר 400 מחזורים במקרים מסוימים. כאשר אותם תאים טענו באמצעות תבניות פולס טובות שנבחרו בקפידה, אובדן הקיבולת נחתך בערך בחצי. בתדרי פולס גבוהים מעל כ-100 מיליהרץ, הרבה סוללות שמרו על כ-90–97% מהקיבולת שלהן לאחר 400 מחזורים. התזמון המדויק של הפולסים היה פחות חשוב מאורך הזמן שבו הזרם היה פעיל בכל מחזור: מחזורי חובה נמוכים יותר, שבהם הסוללה קיבלה מנוחות קצרות תכופות, הובילו להזדקנות איטית בהרבה מאשר מחזורי חובה גבוהים יותר, גם כשההספק הממוצע היה זהה.

מציצים אל לבוש הבלאי של הסוללה

כדי להבין מדוע הפולסים סייעו, החוקרים השתמשו בכמה "כלי שמע" אלקטרוכימיים שמפרשים שינויים זעירים במתח ובהתנגדות כשהסוללה עוברת מחזורים. ניתוחים אלה הצביעו על האלקטרודה השלילית — הצד מבוסס הגרפיט הסופג ליתיום במהלך הטעינה — כמקור הבעיה המרכזי. בטעינה בזרם קבוע או בפולסים בתדר נמוך מאוד סימנים הקשורים לסרטי משטח והצטברות ליתיום מתכת נעשו חזקים הרבה יותר. שינויים אלה מגבירים התנגדות ומלכדים ליתיום פעיל בצורה בלתי הפיכה, שני גורמים הגוזלים מהתא קיבולת שימושית. לעומת זאת, טעינה בפולסים בתדר גבוה הראתה עליות קטנות הרבה יותר בהתנגדות המשטח ופחות הפרדה בהתנהגות בין שתי האלקטרודות, בהתאמה לנזק מתון יותר ולהפחתת הצטברות ליתיום מתכתי.

השלכות לרכבים חשמליים בעתיד

מבחינת הנהג, החלק המבטיח של העבודה הזו הוא שהיתרונות אינם דורשים חומרים אקזוטיים או מטענים עתידניים. תדרי הפולס המועילים נמוכים מספיק כך שאלקטרוניקת ההספק הקיימת ברכבים ובתחנות טעינה תוכל, עקרונית, להיות מתוכנתת לספק אותם. על-ידי עיצוב הזרם לפיצוצים מהירים עם הפסקות קצרות — במיוחד עם מחזורי חובה מתונים — יצרנים יוכלו לשמור על זמני טעינה דומים תוך הארכת חיי הסוללה באופן משמעותי. בפשטות, המחקר מראה שאופן האספקה של האנרגיה לתוך סוללה יכול להיות חשוב לא פחות מכמותה, ושהקצבה בקצב קטעי טעינה עשויה לסייע לסוללות רכבים חשמליים להישאר בריאות יותר לאורך זמן.

ציטוט: Frenander, K., Jutsell Nilsson, D. & Thiringer, T. Extending battery lifetime by pulsed charging. npj Clean Energy 2, 4 (2026). https://doi.org/10.1038/s44406-025-00013-5

מילות מפתח: סוללות ליתיום-יון, טעינה בפולסים, רכבים חשמליים, דהיית סוללה, טעינה מהירה