מחקר חדש שופך אור על מדוע סוללות מאבדות קיבולת לאורך זמן

This post is also available in: English (אנגלית)

צוות של חוקרים בינלאומיים, בראשות מייקל פ' טוני, פרופסור להנדסה כימית וביולוגית באוניברסיטת קולורדו בולדר, עשה צעדים משמעותיים בהבנת התופעה של אובדן קיבולת סוללה, הידוע בכינוי "פריקה עצמית". המחקר משתמש בטכנולוגיית קרני רנטגן עוצמתית כדי לחשוף את הסיבות הבסיסיות לבעיה זו, המשפיעה על סוללות נטענות במכשירים הנעים מטלפונים ניידים ועד כלי רכב חשמליים.

פריקה עצמית היא תהליך בלתי נמנע שבו סוללות מאבדות את היכולת להחזיק מטען לאורך זמן. למרות עשרות שנים של ניסיון בעיצוב וייצור סוללות, המנגנונים המדויקים מאחורי אובדן קיבולת זו נותרו מסתוריים. בסוללות ליתיום – הסוג הנפוץ ביותר של סוללה – יוני ליתיום נעים מהאנודה לקתודה דרך תמיסת אלקטרוליט, ויוצרים את הזרם החשמלי שמפעיל את המכשיר. בעוד שיוני ליתיום אמורים לחזור לאנודה במהלך הטעינה, יש חשד כי יונים מסוימים אינם עושים זאת, מה שתורם לתהליך הפריקה העצמית.

עם חששות גוברים לגבי ההשלכות האתיות והסביבתיות של שימוש בחומר כמו קובלט בסוללות, חוקרים בוחנים חלופות כמו ניקל ומגנזיום. עם זאת, חומרים אלה הראו נטייה מוגברת לפריקה עצמית.

על פי Interesting Engineering, על מנת לחקור את זה לעומק, הצוות של טוני השתמש במתקן רנטגן מתקדם במעבדת ארגון הלאומית באילינוי, שנקרא APS – Advanced Photon Source . ה-APS מייצר קרני רנטגן חזקות במיוחד המאפשרות ניתוח מפורט של רכיבי הסוללה. המחקר גילה כי כאשר הסוללה טעונה במלואה, אטומי מימן נוצרים כתוצאה מתגובות בין האלקטרוליט לקתודה. אטומי מימן אלה מתחברים לקתודה, חוסמים את יוני הליתיום מלהתחבר היכן שהם צריכים, ובכך מפחיתים את קיבולת הסוללה.

עם מידע זה בידיהם, החוקרים יכולים כעת לעבוד על אסטרטגיות כדי להקל על הפריקה העצמית. פתרון אפשרי אחד הוא לצפות את הקתודה עם חומרים החוסמים מימן, תוך מתן אפשרות ליוני ליתיום לעבור. על פי Interesting Engineering, טוני ציין כי ציפויים כגון אלומינה (Al2O3) הם חסכוניים, אך העמידות שלהם לא ברורה.

בסופו של דבר, מחקר זה סולל את הדרך לפיתוח סוללות אמינות יותר, החיוניות לקידום פתרונות אחסון אנרגיה מתחדשת. ביצועים משופרים של סוללות יכולים להוביל לכלי רכב חשמליים אשר שומרים על הטווח שלהם לאורך זמן ולהפחית את הצורך בהחלפת סוללות יקרות. הממצאים פורסמו בכתב העת Science, ומציגים צעד משמעותי קדימה בטכנולוגיית הסוללות.