מה סוללה מחזיקה
סוללה לא מחזיקה חשמל כמו שדלי מחזיק מים. היא מחזיקה חומרים כימיים שהיו שמחים להגיב זה עם זה, ומרחיקה אותם זה מזה, כך שהתגובה יכולה להתרחש רק אם האלקטרונים הולכים בדרך הארוכה, דרך מה שחיברתם אליה. שום דבר לא נגמר במובן שהוא נעלם. בסוללה ריקה יש אותם אטומים כמו בסוללה מלאה; הם פשוט זזו ממקומם.
לליתיום יש שני בתים
בתא יוני ליתיום מה שזז הוא ליתיום, ויש לו שני מקומות לגור בהם. האחד הוא גרפיט, הפחמן השכבתי שבעופרת של עיפרון, שמרוח על רדיד נחושת דק. אטומי ליתיום יכולים להחליק אל בין היריעות שלו. השני הוא תחמוצת מתכת, גביש שכבתי של ליתיום, חמצן ומתכות כמו ניקל, קובלט או מנגן, והיא מרוחה על רדיד אלומיניום. גם בין השכבות שלה ליתיום יכול לשבת.
מפריד דק מפלסטיק מרחיק את השניים זה מזה. הוא מלא נקבוביות זעירות ספוגות באלקטרוליט, נוזל שמעביר יוני ליתיום אבל לא אלקטרונים.
לליתיום נוח הרבה יותר בתחמוצת מאשר בגרפיט, כמו שלכדור נוח יותר בתחתית של גבעה. בתא טעון רוב הליתיום שיכול לזוז דחוק למעלה, בגרפיט. ההבדל בנוחות מתבטא במתח של התא: בערך 4.2 וולט כשהוא מלא, יורד בהדרגה דרך 3.7 וצונח לכיוון 3 וולט כשלגרפיט כבר אין ליתיום למסור.
פריקה: שני מסלולים
סגרו את המתג של הנורה, וליתיום שבגרפיט מוסר אלקטרון ויוצא ממנו כיון חיובי. היון חוצה את האלקטרוליט אל התחמוצת. האלקטרון לא יכול ללכת אחריו, כי המפריד חוסם אלקטרונים, ולכן הוא יוצא דרך רדיד הנחושת, עובר לאורך התיל ודרך הנורה, ונכנס בחזרה דרך רדיד האלומיניום כדי לפגוש שוב את היון שלו בתחמוצת.
יונים בפנים, אלקטרונים בחוץ: שני המסלולים יחד יוצרים לולאה סגורה אחת. אם אחד מהם נקטע, שניהם נעצרים, ולכן סוללה שמונחת על המדף נשארת טעונה.
נסו: העבירו את זרם ל־2 C ובחרו יונים תחת התקרבות ליונים. אחר כך הורידו את זרם ל־−1 C וצפו ביונים שבאלקטרוליט הופכים כיוון, בזמן שהאלקטרונים עוברים ללולאה של המטען.
טעינה: חזרה במעלה הגבעה
מטען מריץ את אותה תגובה לאחור. המתח שלו נקבע מעט גבוה יותר מזה של התא, כך שהוא יכול לדחוף אלקטרונים אל הגרפיט דרך רדיד הנחושת ולמשוך אותם החוצה מהתחמוצת. יוני ליתיום עוזבים את התחמוצת וחוצים בחזרה את האלקטרוליט כדי לפגוש אותם. האנרגיה שהמטען משקיע נאגרת כליתיום שמוחזק במקום שבו הוא היה מעדיף לא להיות.
זרם ומתח
זרמים של סוללות נמדדים לעתים קרובות ביחידות C: 1 C הוא הזרם שהיה מרוקן את התא בתוך שעה אחת, 3 אמפר בתא הזה. שימוש כבד ב־2 C מרוקן אותו בתוך חצי שעה.
המד מראה שהמתח יורד כשזרם יוצא מהתא, ועולה כשהמטען דוחף זרם פנימה. זו ההתנגדות הפנימית של התא. דחיפת היונים דרך האלקטרוליט ודחיפת האלקטרונים דרך הרדידים גובות חלק מהמתח, והחלק הזה הופך לחום בתוך התא. ב־2 C התא הזה נותן בערך 0.3 וולט פחות מאשר במנוחה, וזו אחת הסיבות לכך שטלפון מתחמם בזמן טעינה מהירה.
מה המודל הזה משאיר בחוץ
הסצנה מגדילה פרוסה אחת של תא. אלקטרודה אמיתית היא ציפוי של גרגרים זעירים שמוחזקים יחד בחומר מקשר, ולא גביש מסודר אחד, ותא אמיתי הוא כריך ארוך של השכבות האלה, מגולגל או מוערם פעמים רבות. היונים והשכבות האטומיות מצוירים רחוקים מדי זה מזה ומעטים מדי בהרבה.
האלקטרוליט נושא גם יונים שליליים, ולא רק יוני ליתיום; הם לא מצוירים. מתח המנוחה עוקב אחרי עקומה אופיינית לתאים של גרפיט ותחמוצת עשירה בניקל, וההתנגדות הפנימית היא מספר קבוע, אף שבמציאות היא גדלה בקור וככל שהתא מזדקן.
תאים אמיתיים גם נשחקים. כל מחזור לוכד מעט ליתיום בשכבה דקה על הגרפיט, ולכן התא מחזיק מעט פחות. מטענים אמיתיים מאטים כשהתא מתקרב למלא, ומעגל הגנה מונע מהתא להתרוקן לגמרי; בסצנה, במקום זה, רמת הטעינה נעצרת ב־5 וב־95 אחוז.