המדע מגייס אמצעים מוזרים ומפתיעים שעשויים להכפיל את אורך חיי הסוללות שלנו
סוללות (ובפרט סוללות הליתיום-יון על מגוון סוגיהן) ממשיכות לעשות צרות לכולנו, ומתקשות לספק את האנרגיה העצומה שדרושה לנו בכל מקום ובכל זמן נתון – בין אם מדובר בסמארטפון העוצמתי והאופנתי ששובק חיים בתוך כמה שעות, הנייד שמתנייד בעיקר משקע אחד לשני או הרכב החשמלי שדורש ממכם לעצור לטעינה בכל 100 קילומטרים.
מספר עצום של מחקרים נעשו ונעשים (וגם יעשו) בנסיון למצוא את פריצת הדרך שתביא לשיפור של ממש באורך חיי הסוללות, אך ההתקדמות היא איטית ומתישה.
מחקר חדש שמגיע משיתוף פעולה בין המכון הטכנולוגי של ג'ורג'יה (Georgia Institute of Technology) ואוניברסיטת קלמסון (Clemson University) מצא שמרכיב יומיומי ו"פשוט" יכול לתרום ליצירת סוללות טובות משמעותית מכל מה שהכרנו עד היום.
חלקיקי סיליקון שצופו בכורכן מבוסס אלגינט. בקרוב בסוללה הקרובה אליכם |
איגור לוז'ינוב, אחד מהאחראים למחקר, ותלמידו. מסביר לו למה לא אומרים "איכס" על אוכל? |
סוללות מתבססות על נדידה של אלקטרונים בין האנודה והקתודה, וחלק נכבד מסוללות הליתיום-יון מכילות אנודה הנוצרת ממתכת שצופתה בכורכן (binder) פולימרי ואבקת גרפיט אלקטרואקטיבית (המשנה את צורתה הפיזית בעת מעבר זרם) שהתמוססו יחד.
החלפתה של אבקת הגרפיט באבקה סיליקונית תאפשר לאנודה "להחזיק" הרבה יותר אלקטרונים – בערך פי שמונה יותר מאנודות הגרפיט הטובות ביותר. הבעיה? חלקיקי הסיליקון מתנפחים פי ארבע מגודלם המקורי בתהליך, פוגעים בכורכן הפולימרי וגורמים לשחיקה מואצת של האנודה.
כאן נכנסים לתמונה החוקרים מג'ורג'יה וקלמסון, שגילו כי החלפתו של הכורכן הפולימרי באלגינט (alginate – חומצה שנוצרת מאצות חומות, אשר נעשה בה שימוש נרחב גם בתעשיית המזון כחומר מקריש) נותנת את אותו מבנה ומאפיינים ספציפיים הדרושים ליצירת האנודה, שגם לא נפגע בעת התנפחות חלקיקי הסיליקון ושומר על אורך חייה.
שימוש באלגינט פותח את הדלת לא רק ליכולת ליצור סוללות טובות פי כמה – הוא גם הופך את התהליך לזול יותר ו"ירוק" יותר, היות ואת החומר ניתן לקבל בעזרת הרתחתן של אצות חומות במי סודה, ותהליך ההתמוססות יכול להתרחש במים במקום בתמיסה כימית.
המדענים מעריכים כי שימוש באלגינט יוכל לשפר גם את אורך חיי האנודות מבוססות הגרפיט, ומאמינים כי קווי הייצור הקיימים יוכלו לעבור לייצור אנודות סיליקון ואלגינט באופן די פשוט וזול.
מלוא היכולת של אנודות הסיליקון המבטיחות לא תהיה מנוצלת עד אשר תפותח קתודה חדשה (האחראית על קליטת האלקטרונים) שתוכל "להתמודד" עם כמות האלקטרונים המוכפלת, אם כי החוקרים משוכנעים שגם עם הקתודות הקיימות כיום נוכל לראות לראות שיפור של כ-30 או 40 אחוז בנפח סוללות הליתיום-יון.
היתכן שאצה "פשוטה" תהיה זו שתביא לזינוק בתחום הסוללות? אחרי שראינו חיידקי אי-קולי שמסוגלים לאחסן גיגה בייטים של מידע – אנחנו משוכנעים שכל דבר הוא אפשרי.