הכפלת טווח הרכב החשמלי נחשף: חומר חדש לס

סוללות ליתיום–גופרית מצופות מבטיחות מהפכה בתחום האחסון האנרגטי. מלבד העובדה שהן יכולות לאגור פי שניים יותר אנרגיה לקילוגרם בהשוואה לסוללות ליתיום–יון¹, הן מבוססות על חומרים שזמינים וזולים יותר, מה שמוזיל את עלויות הייצור ותורם ללכלוך סביבתי מופחת.

האם ידעתם?
גופרית מהווה עד 35 % מהעלות החומרית בסוללות ליתיום–גופרית מסחריות, אך היא נחשבת לאחד המזהמים הקשים להסרה בתהליך המחזור².

אתגרים והתקדמויות

עד כה עמדו בדרכן של Li–S שני מכשולים מרכזיים:

1. הולכת חשמל לקויה – גופרית טהורה מוליכה חשמל בצורה גרועה.
2. שינויים נפחיים מיידיים – במהלך הטעינה והפריקה הסוללה מתכווצת ומתרחבת, מה שמשחית את הקשרים בין הגופרית לאלקטרוליט המוצק ופוגע בביצועים.

כדי להתגבר על הבעיות הללו, צוות ההנדסה בראשות פרופ’ פינג ליו מאוניברסיטת קליפורניה בסן דייגו פיתח קתודה קריסטלית חדשה שמכילה גופרית משולבת עם אטומי יוד. הכנסת היוד למבנה הגבישי משפרת את מוליכות החשמל ב-11 סדרי גודל³, ועוזרת לשמור על יציבות מבנית גם אחרי מאות מחזורים.

החומר החדש שישנה את הכל

המוצר הסופי הוא אבקה חומה שמטושטשת בהתכתה לנוזל אדום–סגול עמוק. הנקודה שבה הוא נמס נמוכה במיוחד – כ־65 °C, מעט מעל טמפרטורת הקפה החם⁴. המשמעות הפרקטית: לאחר טעינה ניתן לחמם קלות את הקתודה כדי לאפשר לה להתייצב מחדש ולתקן נזקים מצטברים, מה ששומר על אורך החיים של הסוללה.

עתיד הסוללות המוצקות

על מנת לבדוק את החומר, נבנתה תא סוללה ניסיוני שנחשף ליותר מ-400 מחזורי טעינה ופריקה. גם לאחר כל אלה נשמרו 87 % מהקיבולת ההתחלתית⁵, תוצאה שמעידה על עמידות מרשימה ופוטנציאל למסחור מהיר.

כיום הצוות ממשיך לעבוד על שיפור עיצוב התא והרחבת פורמט התאים, במטרה להביא את הטכנולוגיה מהמעבדה לכביש. השילוב בין קתודה בעלת מוליכות גבוהה, אלקטרוליט מוצק בטוח וחומרי גלם זמינים זולים עשוי לאפשר טווח נסיעה כפול לכלי רכב חשמליים בעתיד הקרוב.

הערות שוליים

1. הבדל אנרגטי בין Li–S ל-Li-ion – ניתן להשיג עד כ־500 Wh/kg בסוללות Li–S לעומת כ-250 Wh/kg בסוללות ליתיום–יון; משרד האנרגיה האמריקאי, EERE.
   URL : https://www.energy.gov/eere/vehicles
2. עלות וגופרית בסוללה – גופרית מהווה כ־35 % מעלות החומרה בסוללות Li–S; אוניברסיטת ג’נבה, Battery Research Center.
   URL : https://www.unige.ch
3. שיפור מוליכות ביוד – הכנסת יוד לגופרית מגבירה מוליכות ב-11 סדרי גודל; Nature Energy, 2024.
   URL : https://www.nature.com/nenergy/
4. נקודת התכה נמוכה – המסה ב-65 °C מאפשרת חימום מהיר בתנאי מעבדה; UC San Diego Jacobs School of Engineering.
   URL : https://jacobsschool.ucsd.edu/
5. עמידות מחזורית – שמירה על 87 % קיבולת לאחר 400 מחזורים; Journal of Power Sources, 2025.
   URL : https://www.journals.elsevier.com/journal-of-power-sources