התחליף לסוללות ליתיום-יון? חוקרים גילו סוללה ”שמרפאת” את עצמה

חוקרים מצאו דרך לפתור את אחת הבעיות הקשות במחליפה האפשרית של בסוללת האשלגן-יון, שיכולה להחליף את הליתיום. הדרך נשמעת קצת בעייתית, אבל יכולה גם לסלול את הדרך לשינוי גדול בתעשיית הסוללות

מקור: Pixabay

סוללות ליתיום-יון הן מקור החיים של הטלפונים הניידים שלנו, הלפטופים שלנו וחלק מהרכבים החשמליים שאמורים להסיע אותנו, וכמוהן של חיינו. סוללות הליתיום-יון נחשבות ליקרות, במיוחד משום שהחלק החשוב בהן – ליתיום – נמצא בכמות קטנה וכרייתו פוגעת קשות בסביבה. בנוסף, עם הזמן הן לא נטענות כראוי ובמקרים מסוימים גם יכולות להתפוצץ (ע”ע גלקסי נוט 7). לכן לא מעט חוקרים מחפשים אחר תחליפים אפשריים.

פריצת דרך לקראת תחליף?

חוקרים בארצות הברית פרסמו מחקר ובו בחנו את אחת האופציות הפופולריות להחלפת סוללות הליתיום-יון – סוללת אשלגן-יון, שעשויה מחומר זמין בהרבה מאשר הליתיום, ולפחות על הנייר גם יכולה לתפקד באותה האיכות. במסגרת המחקר הגיעו החוקרים לפריצת דרך מסוימת בתחום.

ניקיל קורטקר, אחד מהחוקרים שפרסמו את המחקר על סוללת האשלגן-יון, התייחס למחקר ולמאמר ואמר לבלוג הטכנולוגיה OneZero כי סוללות אשלגן-יון ישנות לא פעלו באופן מוצלח כמו מתחרותיהן מליתיום, אך הצוות שלו הצליח לעקוף את אחת הבעיות שמנעו מהסוללות לפעול כראוי. הוא ציין כי אחת הסיבות שהובילו למחקר היא היחס העקום בין כמות הליתיום המוגבלת להסתמכות המוגברת שלנו על סוללות העשויות ממנו.

עקב האכילס של המחליפה האפשרית

סוללות ליתום-יון וסוללות אשלגן-יון בנויות משתי אלקטרודות – חיובית (קתודה) ושלילית (אנודה). בין הקתודה לאנודה נמצא אלקטרוליט, שדרכו עוברים האלקטרונים מהאזור בעל המטען השלילי לזה בעל המטען החיובי. בסוללות הליתיום-יון המטען חיובי הוא תרכובת של ליתיום והשלילי מגרפיט – וביניהם קשר חזק של העברת אלקטרונים. בסוללות האשלגן-יון הקתודה עשויה מאשלגן, אבל לא עובדת היטב עם גרפיט.

החוקרים ניסו להבין כיצד לעקוף את הבעיה הזו וניסו לייצר סוללה מסוג חדש – שבה גם הקתודה וגם האנודה עשויות מאשלגן. “סלולות אשלגן-יון מסוג זה יוכלו להתחרות עם סוללות הליתיום-יון הנפוצות כיום בשוק”, אמר קורטקר על ההצלחה של הצוות שאיתו עבד.

אבל לא הכל ורוד כשזה מגיע ליצירת סוללות העשויות אך ורק ממתכת כמו סוללות האשלגן-יון. לסוללות יש עקב אכילס שמגיע בצורת היווצרות של דנדריטים, מן “זרועות” אשלגן הנוצרות על האנודה ככל שמשתמשים בסוללה ובנויות מחלקיקי אשלגן המצטברים יחדיו. הדנדריטים יכולים להוביל לקצר במערכת במקרה הטוב, ולהתלקחות של הסוללה במקרה הרע.

איך סוללה “מרפאת” את עצמה?

בהתחשב במסוכנות של אותם דנדריטים, קם צורך למציאת פתרון לבעיה כדי לנסות ולקדם את האפשרות שסוללות אשלגן-יון יהפכו יום אחד למחליפות אפשריות של הליתיום-יון. כאן מגיע הצוות מהמוסד הפוליטכני רנסלייר, שהגיעו לפריצת דרך בתחום שכוללת חיסול אותם דנדריטים.

במקום לנסות לחשוב על דרכים שיעצרו לחלוטין את היווצרות הדנדריטים בסוללות האשלגן-יון, הצוות מאחורי המחקר גילה דרך פשוטה יחסית לשרוף את אותם דנדריטים בתהליך שהם כינו “ריפוי עצמי”. הסוללה שאותה יצרו החוקרים במסגרת המחקר הצליחה להתחמם באופן מבוקר כדי למנוע את היווצרותם של אותם דנדריטים.

הסוללה שיצרו החוקרים התחממה בדיוק לטמפרטורה שאפשרה פעפוע של חלקיקי האשלגן בין האנודה לקתודה, ובכך למנוע את היווצרות דנדריטים שיכלו להרוס את הסוללה. הצוות הצליח לחמם את הסוללה בדיוק לטמפרטורה שבה יקרה תהליך ובמקביל האשלגן שבה לא ייהרס.

“בעזרת הגישה הזאת (‘ריפוי עצמי’ של הסוללה, א.א.), הרעיון הוא שבזמן שאתם לא משתמשים במכשיר החשמלי שלכם, מערכת לניהול סוללה תעלה את הטמפרטורה באופן מבוקר שיוביל ל’ריפוי העצמי’ של הדנדריטים”, אמר קורטקר.

הוא אמר כי הצוות שבראשו עמד מצפה לראות שינוי בפרדיגמה בכל הקשור לבחירת סוללות למכשירים חשמליים, כשסוללות העשויות לחלוטין ממתכת (כמו אשלגן-יון) הן הפתרון היעיל ביותר מבחינת חלופות אפשריות לליתיום-יון. הוא מציין כי בעיית הדנדריטים הייתה מכשול רציני בכל הקשור לאימוץ סוללות מסוג זה, אך כעת המחקר שפרסם עם הצוות שלו פותר את הבעיה.

נושא הבטיחות של סוללת אשלגן-יון אפשרית לא נעלם מעיניהם של הצוות, שמציע רעיון שיכול להרתיע לא מעט משתמשים עתידיים, שלא לדבר על יצרניות שצריכות להחליט לעשות את המעבר מסוללות ליתיום-יון לחלופה אפשרית. לכן הצוות שפרסם את המחקר כבר עובד על בחינת “הריפוי העצמי” בסוללות גדולות יותר מאלו שאיתן ערכו את הניסוי.

החוקרים מציינים כי לסוללות מסוג אשלגן-יון פוטנציאל גדול, והן יכולות להחליף את סוללות הליתיום בשלל מוצרי אקלטרוניקה המשמשים אותנו, אבל גם כדי להניע רכבים חשמליים ולאגור אנרגיה המיוצרת בדרכים ירוקות, כמו אנרגיה סולרית, אנרגיית רוח וכו’. והם לא היחידים, האפשרות של החלפת סוללות הליתיום-יון בסוללות אשלגן נחקר ברוסיה, אוסטרליה ויפן – שם פרסמו כמה מחקרים בנושא בחודשים האחרונים.

מעכשיו גיקטיים גם בטלגרם מעכשיו גיקטיים גם בטלגרם להצטרפות לערוץ הטלגרם שלנו לחץ כאן

אושרי אלקסלסי

Your Friendly Neighborhood Geek. יש לכם סיפור טכנולוגי? דברו איתי: Oshry@geektime.co.il

הגב

2 תגובות על "התחליף לסוללות ליתיום-יון? חוקרים גילו סוללה ”שמרפאת” את עצמה"

avatar
Photo and Image Files
 
 
 
Audio and Video Files
 
 
 
Other File Types
 
 
 

* היי, אנחנו אוהבים תגובות!
תיקונים, תגובות קוטלות וכמובן תגובות מפרגנות - בכיף.
חופש הביטוי הוא ערך עליון, אבל לא נוכל להשלים עם תגובות שכוללות הסתה, הוצאת דיבה, תגובות שכוללות מידע המפר את תנאי השימוש של Geektime, תגובות שחורגות מהטעם הטוב ותגובות שהן בניגוד לדין. תגובות כאלו יימחקו מייד.

סידור לפי:   חדש | ישן | הכי מדורגים
גיימרס
Guest

אחלה כתבה. מגניב קדימה לעתיד

ELDAD
Guest

אשלגן חומר אלים במיוחד שיוצר תגובות במגע עם מים. יצטרכו למצוא פתרונות בטיחותיים.

wpDiscuz

תגיות לכתבה:

נותרו עוד
00
ימים
:
00
שעות
:
00
דקות
:
00
שניות
לכנס המפתחים הגדול בישראל