חוקרים מאוניברסיטת טוהוקו פיתחו חומר קתודה חדש לסוללות מגנזיום נטענות, המאפשר טעינה ופריקה יעילה בטמפרטורות נמוכות. פריצת דרך זו, תוך שימוש במבנה מלח סלעים משופר ואסטרטגיית אנטרופיה גבוהה, מתגברת על אתגרים קודמים בדיפוזיה והובלה של מגנזיום.
מדענים מאוניברסיטת טוהוקו השיגו פריצת דרך משמעותית בטכנולוגיית הסוללות על ידי יצירת חומר קתודה חדש לסוללות מגנזיום נטענות (RMBs). חומר זה מאפשר תהליכי טעינה ופריקה יעילים, אפילו בסביבות קרות. על ידי שימוש במבנה מלח סלעים משופר, החומר החלוצי הזה אמור לחולל מהפכה באפשרויות אחסון האנרגיה, מה שהופך אותן לחסכוניות יותר, בטוחות יותר וקיבולת גבוהה יותר.
פרטי הממצאים פורסמו ב- Journal of Materials Chemistry א ב-15 במרץ 2024.
המחקר מציג שיפור ניכר בדיפוזיה של מגנזיום (Mg) בתוך מבנה מלח סלע, התקדמות קריטית מאחר שצפיפות האטומים בתצורה זו עצרה בעבר את נדידת Mg. על ידי הצגת תערובת אסטרטגית של שבעה אלמנטים מתכתיים שונים, צוות המחקר יצר מבנה גבישי השופע במקומות פנויים של קטיונים יציבים, מה שמקל על החדרה והפקה של Mg.
זה מייצג את השימוש הראשון של תחמוצת סלעים כחומר קתודה עבור RMBs. אסטרטגיית האנטרופיה הגבוהה שבה השתמשו החוקרים אפשרה לפגמי הקטיונים להפעיל את קתודה תחמוצת הסלע.
התגברות על מגבלות RMB
הפיתוח מתייחס גם למגבלה מרכזית של RMBs – הקושי של הובלת Mg בתוך חומרים מוצקים. עד כה, טמפרטורות גבוהות היו נחוצות כדי לשפר את ניידות Mg בחומרים קתודיים קונבנציונליים, כגון אלה עם מבנה ספינל. עם זאת, החומר שנחשף על ידי חוקרי אוניברסיטת טוהוקו פועל ביעילות ב-90 מעלות צלזיוס בלבד, מה שמוכיח ירידה משמעותית בטמפרטורת הפעולה הנדרשת.
החומר הנוכחי מכיל יסודות מתכת רבים כקטיונים הודות להשפעת האנטרופיה התצורה הגבוהה. קרדיט: אוניברסיטת טוהוקו
Tomoya Kawaguchi, פרופסור במכון לחקר חומרים של אוניברסיטת טוהוקו (IMR), מציין את ההשלכות הרחבות יותר של המחקר. "ליתיום הוא נדיר ומפוזר בצורה לא אחידה, בעוד שמגנזיום זמין בשפע, ומציע חלופה בת קיימא וחסכונית יותר עבור סוללות ליתיום-יון. סוללות מגנזיום, הכוללות את חומר הקתודה החדש שפותח, עשויות למלא תפקיד מרכזי ביישומים שונים, כולל אחסון רשתות, כלי רכב חשמליים ומכשירים אלקטרוניים ניידים, ותורמים למעבר העולמי לעבר אנרגיה מתחדשת וצמצום טביעות פחמן".
Kawaguchi שיתף פעולה עם Tetsu Ichitsubo, גם הוא פרופסור ב-IMR, שקובע, "על ידי רתימת היתרונות הפנימיים של מגנזיום והתגברות על מגבלות חומר קודמות, מחקר זה סולל את הדרך לדור הבא של סוללות, ומבטיח השפעות משמעותיות על הטכנולוגיה, הסביבה, והחברה".
בסופו של דבר, פריצת הדרך היא צעד גדול קדימה בחיפוש אחר פתרונות אחסון אנרגיה יעילים וידידותיים לסביבה.
