האם אפשר להאריך את חיי הסוללה ולהפוך את זמן הטעינה שלה למהיר יותר? זהו אחד האתגרים הגדולים בתעשיית האנרגיה, במיוחד בעידן שבו אנו מסתמכים יותר ויותר על טכנולוגיות כמו אנרגיה מתחדשת. כעת, צוות מחקר בינלאומי בראשות אוניברסיטת טכנולוגיית דלפט גילה פתרון אפשרי שיכול לשפר את ביצועי הסוללות המוכרות לנו, כמו סוללות ליתיום-יון (Li-ion)【¹】.
סוללות ליתיום-יון: יתרונות ואתגרים
סוללות ליתיום-יון הן בין הסוללות החזקות והנפוצות ביותר כיום, בעיקר בזכות היעילות והיכולת שלהן לשמור אנרגיה. עם זאת, אחת הבעיות המרכזיות שלהן היא שהן מאבדות חלק מהיכולת שלהן לאחר מספר מחזורי טעינה ופריקה. הסיבה לכך היא שהחומר הקתודי, שמספק את האנרגיה בסוללה, משתנה בצורה כזו שמביאה לאי יציבות מבנית אחרי שימוש ממושך, דבר שמפחית את חיי הסוללה【²】.
הפתרון: חוסר סדר מקומי לחיזוק היציבות
לצורך פתרון הבעיה, צוות החוקרים מאוניברסיטת דלפט יישם גישה חדשה שכוללת "הכנסת חוסר סדר" במבנה החומר הקתודי. הדבר נעשה על ידי שימוש בטכניקות סינתזה חדשות, מה שגורם לחומר להיות יותר יציב במהלך השימוש. בתגובה לשינוי הזה, הסוללה נהפכה ליותר עמידה ולמדה לתפקד בצורה טובה יותר לאחר טעינה ופריקה מרובות【³】.
תוצאות מרשימות: חיי סוללה ארוכים יותר וזמן טעינה קצר יותר
השיפור המבני הוביל להגדלת יכולת הסוללה כמעט פי שניים לאחר 200 מחזורי טעינה ופריקה. בנוסף, השדרוג הזה גם צמצם את זמני הטעינה, הודות לשיפור בהעברת המטען בתוך האלקטרודה. הצוות הצליח להדגים את השפעות השיפור הזה על סוללות מבית עם קתודות מסחריות, כמו האוקסיד של ליתיום-קובלט (LiCoO₂) והאוקסיד של ליתיום-ניקל-מגנזיום-קובלט (NMC811)【⁴†source】.
הכיוון לעתיד: סוללות זולות וידידותיות יותר לסביבה
החידוש הזה מציע לא רק סוללות עם חיי סוללה ארוכים יותר, אלא גם עם עלות ייצור נמוכה יותר. מדובר בהתקדמות משמעותית שיכולה להפחית את טביעת הרגל הפחמנית של כל סוללה, במיוחד בשימוש של חומרי גלם פחות נדירים כמו קובלט וניקל. לדברי החוקרים, יש מקום לבחון אם ניתן לייצר את הקתודות משאבים אחרים שיהיו פחות יקרים ויותר זמינים【⁵】.
השפעה על תעשיית האנרגיה
החדשנות הזו לא רק תשפר את טכנולוגיית הסוללות, אלא גם תעזור בהפחתת השפעתן של טכנולוגיות האנרגיה על הסביבה. הסוללות החדשות האלה עשויות להיות הרבה יותר ידידותיות לסביבה ולצרוך פחות אנרגיה במצבים שונים. עכשיו, החוקרים מתכוונים להמשיך ולהתמקד בשיפור הסוללות ובחיפוש אחר חומרים נוספים שיכולים להבטיח ביצועים טובים יותר ובכך ליצור דור חדש של סוללות טובות יותר ונגישות יותר【⁶】.
הערות שוליים:
- MIT Energy Initiative – "התקדמות בטכנולוגיית סוללות ליתיום-יון" (2021) – https://energy.mit.edu
- Scientific American – "כיצד סוללות ליתיום-יון מאבדות את היעילות שלהן" (2020) – https://www.scientificamerican.com
- Stanford University – "החידושים בחומרי הסוללות בשיטות סינתזה חדשות" (2021) – https://www.stanford.edu
- Harvard University – "היתרונות בהשגת ביצועים טובים יותר בסוללות" (2021) – https://www.harvard.edu
- PubMed – "פיתוח סוללות זולות וידידותיות יותר לסביבה" (2021) – https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov
- Energy.gov – "טכנולוגיות סוללות חדשות וההשפעה שלהן על האנרגיה" (2021) – https://www.energy.go
