This post is also available in:
English (אנגלית)
סוללת הליתיום במצב מוצק היא פיסת טכנולוגיה פורצת דרך אשר בנוסף להיותה בטוחה יותר מסוללות הליתיום הדליקות המסורתיות, בעתיד היא אף עשויה לאפשר ימים של שימוש רציף במכשירי החשמל שלנו אחרי טעינה אחת בלבד.
עם זאת, יש לה החיסרון משמעותי והוא שהיא אינה ידידותית לסביבה: רוב הסוללה אינה ניתנת למחזור, מלבד המתכות בתוך הקתודות אשר ניתנות למחזור חלקי.
כדי לנסות להתמודד עם בעיה זו, צוות של חוקרים מאוניברסיטת פן סטייט עיצב מחדש את מבנה סוללות הליתיום האלה, כך שניתן יהיה למחזר את כל רכיביהן בקלות. תוצאות המחקר פורסמו בכתב העת ACS Energy Letters.
על פי החוקרים, תהליך המחזור הרגיל של סוללה גורם לרוב מרכיבי הליבה שלה להתערבב וליצור "מסה שחורה". מסה שחורה זו מקשה על הפרדת החומרים בתוך הסוללות, והופכת את הסוללה לבלתי-ניתנת למחזור. בסוללות במצב מוצק, האלקטרוליטים המוצקים מתערבבים עם המסה השחורה, מה שרק מעצים את בעיה זו.
כדי להקל על ההפרדה של רכיבים אלה מרכיבי מתכת אחרים במהלך תהליך המחזור, החוקרים הכניסו שתי שכבות פולימר בממשקים בין האלקטרודה לאלקטרוליט בסוללת מטבע. "שיערנו כי על ידי המסת שכבת הפולימר במהלך תהליך המחזור, נוכל בקלות להפריד את האלקטרודה מהאלקטרוליט", אמר יי-צ'ן לאן, דוקטורנט להנדסה כימית והמחבר הראשון של המאמר, על פי TechXplore. "ללא שכבת הפולימר המפרידה ביניהם, האלקטרודה והאלקטרוליט היו מתערבבים, מה שהיה הופך אותם לקשים למחזר."
לאחר הפרדת הרכיבים בהצלחה, החוקרים יצרו תרכובת על ידי סינטור קר של המתכות והאלקטרודות שחולצו. סינטור קר כולל חיבור חומרים אבקתיים לכדי מבנה צפוף בטמפרטורות נמוכות בעזרת לחץ, בדרך כלל באמצעות ממיסים.
"השתמשנו בסינטור קר כדי לחבר את האלקטרודות שחילצנו עם אבקות אלקטרוליטים מוצקים מרוכבים, ואז שיחזרנו את הסוללה עם שכבות הפולימר שהוספנו," אמר פו-האו לאי, דוקטורנט להנדסה כימית ומחבר שותף של המאמר. "זה מאפשר לנו למחזר את כל הסוללה, שאותה נוכל למחזר שוב לאחר השימוש בה".
לאחר שבחנו את ביצועי הסוללה המשוחזרת, הם מצאו כי היא השיגה בין 92.5% ל-93.8% מקיבולת הפריקה המקורית שלה.
"על אף שהשוק המסחרי של סוללות ליתיום במצב מוצק עדיין בתחילת דרכו, העבודה שלנו מספקת תובנות חשובות ורעיונות לעיצוב גרסאות הניתנות למחזור של סוללות אלה", אמר לאן. "למרות שאנחנו עדיין לא ממש שם, המטרה ארוכת הטווח שלנו היא ליישם את החידוש הזה על סוללות גדולות יותר שניתן להשתמש בהן במכשירים כמו טלפונים סלולריים ומחשבים ניידים, ברגע שטכנולוגיית מצב מוצק תהפוך נפוצה יותר".
