מחקר חדש מתמודד עם אתגרי הביצועים בסוללות ליתיום-גופרית

This post is also available in: English (אנגלית)

סוללות ליתיום-גופרית (Li-S) התגלו כאלטרנטיבה מבטיחה לטכנולוגיית הליתיום-יון הנפוצה כיום, והן מציעות יתרונות משמעותיים כגון צפיפויות אנרגיה גבוהות יותר ושימוש בחומרי גלם הקיימים בשפע בטבע כמו גופרית. אבטיפוסים של תאי Li-S כבר משיגים צפיפויות אנרגיה ספציפיות מרשימות – כמעט כפולות מאלו של סוללות הליתיום-יון הנוכחיות.

למרות יתרונות אלה, סוללות ליתיום-גופרית עומדות בפני אתגר מרכזי: יש להן נטייה להתבלות  מהר יותר במהלך השימוש. היווצרות של פוליסולפידים מומסים וגופרית על אלקטרודת הליתיום במהלך טעינה ופריקה יכול בהדרגה לפגוע בביצועים של הסוללה ולקצר את תוחלת החיים שלה. כדי לטפל בבעיות אלה, חוקרים ב-Hellmholtz-Zentrum Berlin (HZB) עורכים מחקר פורץ דרך שמטרתו להבין ולשפר את תהליכי ההתבלות אלה.

על פי TechXplore, צוות HZB מתמקד בתאי כיס של ליתיום-גופרית, פורמט שנמצא בשימוש נרחב בתעשייה. בעזרת הקמתה של מעבדה מיוחדת, מדעני HZB עובדים על פיתוח ובדיקה של מגוון של תאי כיס ליתיום-גופרית. הממצאים האחרונים, שפורסמו ב- Advanced Energy Materials, מציגים תצפיות מפתח שנראו במהלך הפעלת תאים אלה.

באמצעות שימוש בטכניקות מתקדמות שונות, צוות המחקר הבחין הן בהיווצרות של דנדריטים של ליתיום ואת בהתנהגות של גבישי גופרית במהלך פעולת הסוללה. פריצת דרך מרכזית הגיעה מהשימוש ב- phase-contrast radiography עם אור סינכרוטרון, שאיפשר לצוות לעקוב אחר היווצרות של דנדריטי ליתיום וגבישי גופרית בפירוט חסר תקדים.

תוצאה מבטיחה אחת מהמחקר היא עיצוב חדש ל-collector הזרם של הקתודה, שפותח על ידי מכון Fraunhofer Institute for Material and Beam Technology (IWS) בדרזדן. העיצוב המחורר של ה-collector הזה לא פגע בביצועי התא, מה שסימן צעד קדימה במיטוב יעילות הסוללה.

מחקר זה מחבר בין מדע בסיסי ויישומים מעשיים, ומקרב סוללות ליתיום-גופרית לעמידה בצרכי אחסון האנרגיה הן למערכות ניידות והן למערכות נייחות.