תהליך חדשני משפר את הבטיחות והביצועים של סוללות ליתיום-יון

This post is also available in: English (אנגלית)

תהליך ייצור חדש שנוצר על ידי חוקרים גרמנים מבטיח לשפר באופן משמעותי את הבטיחות ויעילות האנרגיה של סוללות ליתיום-יון, שהן קריטיות לרכבים חשמליים (EV) ואלקטרוניקה ניידת. התהליך החדש, אשר פותח על ידי Fraunhofer FEP, מציג current collectors העשויים ממתכת על פולימר – רכיבים שנועדו למנוע שריפות ולהגביר את צפיפות האנרגיה בסוללות ליתיום.

לפי הודעת העיתונות, המפתח לחדשנות זו הוא השימוש בסרטי פולימר מצופים בשכבות דקות של מתכת, כגון נחושת או אלומיניום, במקום סרטי מתכת מסורתיים. שינוי זה מביא יתרונות משמעותיים. לא רק שהוא מפחית את המשקל הכולל של ה-current collector, מה שמגביר את צפיפות האנרגיה של הסוללה, אלא הוא גם משמש כמנגנון בטיחות משולב. במקרה של קצר חשמלי, הפולימר יתחמם ויימס, מה שיפסיק את הזרם ותעצור את הצטברות החום. פעולה זו מונעת בצורה אפקטיבית את תופעת הבריחה התרמית המסוכנת—גורם עיקרי לשריפות בסוללות ליתיום-יון.

בריחה תרמית מתרחשת כאשר סוללה מתחממת יתר על המידה, לעיתים עקב טעינה יתרה או נזק, ותגובה כימית מתפשטת במהרה מתא אחד לאחרים, ומדליקה את כל חבילת הסוללה. בסוללות מסורתיות, שריפות אלו עשויות להיות קשות לכיבוי, ולכן תכונה בטיחותית חדשה זו מהווה התקדמות קריטית.

החוקרים ב-Fraunhofer FEP התמודדו עם מספר אתגרים במהלך פיתוח טכנולוגיה זו, כולל הבטחת שמירה על מוליכות חשמלית אופטימלית של הציפויים המתכתיים, תוך שהם דקים מספיק לשילוב מושלם בייצור הסוללות. באמצעות תהליך ייצור מסוג "roll to roll" ונידוף באמצעות קרן אלקטרונים, הצוות השיג ציפויים מתכתיים מדויקים וללא קמטים על סרטי פולימר, שכל אחד מהם בעובי של רק 1 מיקרון. טכניקת ייצור זו הצליחה להתרחב לייצור בקנה מידה רחב.

במהלך ניסויים, תאי פאוץ' המכילים את ה-current collectors החדשים ממתכת על פולימר הראו ביצועים יציבים ויציבות מחזורית דומים לאלה של תאים מסורתיים, גם בתנאי טעינה ופריקה משתנים.

החדשנות הזו לא רק מבטיחה לשפר את בטיחות סוללות רכבים חשמליים על ידי מניעת בריחה תרמית, אלא גם פותחת את הדלת לסוללות עם צפיפות אנרגיה גבוהה יותר, דבר שעשוי להוביל למכשירים בעלי אורך חיים ארוך יותר ולטווחים ארוכים יותר לרכבים חשמליים. עם שיטת ייצור חדשה זו, הדור הבא של סוללות ליתיום-יון עשוי להציע פתרונות בטוחים וחזקים יותר למגוון רחב של יישומים.