חוקרים במכון דאליאן לפיזיקה כימית פיתחו סוללה מימית חדשנית המגיעה לקיבולת ספציפית של 840 Ah/L ולצפיפות אנרגיה של 1200 Wh/L, מה שמשפר את הבטיחות והיעילות האנרגטית בטכנולוגיית הסוללה. קרדיט: DICP
סוללות ליתיום-יון מסורתיות, למרות שהן מציעות צפיפות אנרגיה גבוהה, פגעו בבטיחות מכיוון שהן משתמשות באלקטרוליטים אורגניים דליקים.
סוללות מימיות משתמשות במים כממס לאלקטרוליטים, מה שמשפר משמעותית את בטיחות הסוללות. עם זאת, בשל המסיסות המוגבלת של האלקטרוליט ומתח הסוללה הנמוך, לסוללות מימיות יש בדרך כלל צפיפות אנרגיה נמוכה יותר. המשמעות היא שכמות החשמל המאוחסנת ליחידת נפח של סוללה מימית נמוכה יחסית.
במחקר חדש שפורסם ב אנרגיית הטבעקבוצת מחקר בראשות פרופ' לי שיאן-פנג ממכון דאליאן לפיזיקה כימית (DICP) של האקדמיה הסינית למדעים (CAS), בשיתוף עם קבוצתו של פרופ' פו צ'יאנג גם היא מ-DICP, פיתחה קתודה להעברת רב-אלקטרונים. על ברום ויוד, תוך מימוש קיבולת ספציפית של יותר מ-840 Ah/L, והשגת צפיפות אנרגיה של עד 1200 Wh/L על בסיס קתוליט בבדיקת סוללה מלאה.
שיפורים והישגים טכניים
כדי לשפר את צפיפות האנרגיה של סוללות מימיות, החוקרים השתמשו בתמיסת הלוגן מעורבת של יוני יודיד (I–) ויוני ברומיד (Br–) בתור האלקטרוליט. הם פיתחו תגובת העברה מרובת אלקטרונים, והעבירו את I– לאלמנט יוד (I2) ולאחר מכן ל-iodate (IO3–). במהלך תהליך הטעינה, אני– התחמצן ל-IO3– בצד החיובי, וה-H שנוצר+ הובל לצד השלילי בצורה של אלקטרוליט תומך. במהלך תהליך השחרור, ח+ התנהל מהצד החיובי, ו-IO3– הצטמצם ל-I–.
לקתודת ההעברה הרב-אלקטרונית שפותחה הייתה קיבולת ספציפית של 840 Ah/L. שילוב הקתודה עם Cd מתכתי ליצירת סוללה מלאה, החוקרים השיגו צפיפות אנרגיה של עד 1200 Wh/L על בסיס הקתוליט שפותח.
חוץ מזה, חוקרים אישרו כי בר– נוסף לאלקטרוליט יכול ליצור יוד ברומיד קוטבי (IBr) במהלך תהליך הטעינה, מה שהקל על התגובה עם H2O ליצירת IO3–. במהלך השחרור, IO3– יכול לחמצן את Br– לבר2 והשתתף בתגובה האלקטרוכימית למימוש פריקה הפיכה ומהירה של IO3–. לכן, תוצר הביניים הברומיד שנוצר במהלך תהליך הטעינה והפריקה ייעל את תהליך התגובה, ושיפר למעשה את הקינטיקה וההפיכות של התגובה האלקטרוכימית.
קבוצתו של פרופ' פו הוכיחה את תהליך העברת האלקטרונים באמצעות מיקרוסקופיה אופטית במקום, ספקטרוסקופיה ראמאן וכן הלאה.
"מחקר זה מספק רעיון חדש לתכנון של סוללות מימיות בצפיפות אנרגיה גבוהה, ועשוי להרחיב את יישום הסוללות המימיות בתחום סוללות החשמל", אמר פרופ' לי.
