Şarj işlemi yüzde 80'den sonra neden yavaşlar?

Şarjın yüzde 80 civarında yavaşlamasının temel nedeni, modern lityum iyon pillerin aşırı ısınmasını, lityum kaplanmasını ve kalıcı kapasite kaybını önlemek için tasarlanan iki aşamalı şarj algoritmasıdır. Pil yönetim sistemi (BMS), bu eşikten sonra sabit akım modundan sabit voltaj moduna geçerek çekilen akımı kademeli olarak düşürür.

Lityum iyon piller doğrudan kontrolsüz bir güç kaynağına bağlanamaz, şarj süreci sıkı bir denetim devresiyle yürütülür. Döngü ilk olarak Sabit Akım (Constant Current) aşamasıyla başlar. Pil boşken hücrenin iç direnci görece düşüktür ve şarj kontrol devresi hücreye güvenli olan en yüksek akımı aktarır. Bu sayede sıfırdan yüzde 80 doluluğa kadar olan kısım oldukça hızlı tamamlanır. Ancak pil doldukça hücre voltajı yükselir ve kritik eşiğe, genellikle hücre başına 4,2 volta ulaşır.

Tam bu sınırda sistem Sabit Voltaj (Constant Voltage) aşamasına geçer. Voltajı 4,2 voltun üzerine çıkarmak hücre kimyasını kararsızlaştırır. Aşırı gerilim elektrolitin ayrışmasına, anot yüzeyinde metalik lityum birikmesine ve zamanla mikro kısa devrelere yol açabilecek dendrit kristallerinin büyümesine neden olur. Dolayısıyla voltaj tavanda sabitlenir. Şarj cihazı ile pil hücreleri arasındaki potansiyel fark kapandıkça içeriye çekilen akım kademeli olarak sıfıra doğru düşer.

Anot tarafındaki mikroskobik süreç de bu yavaşlamayı zorunlu kılar. Lityum iyonlarının anottaki grafit katmanlarının arasına yerleşmesi (interkalasyon) gerekir. Doluluk arttıkça boş kafes sayısı azalır ve iyonların difüzyonu zorlaşır. Son yüzde 20 dolulukta hücreye yüksek akım zorlamak, enerjinin depolanması yerine Joule ısısına dönüşmesine ve hücrenin hızla bozulmasına yol açar. Pil yönetim sistemi bu ısıyı ve kimyasal stresi engellemek için akımı kısarak kalan kısmı güvenli şekilde tamamlar.