פיתוח חדש מבטיח סוללות בטוחות יותר, עמידות וידידותיות לסביבה

This post is also available in: English (אנגלית)

חדשנות חומרית פורצת דרך עשויה לפתור אחת הבעיות העיקשות ביותר בטכנולוגיית הסוללות מהדור הבא. חוקרים פיתחו שכבת ביניים בעלת יכולת ריפוי עצמי, המשפרת משמעותית את העמידות והבטיחות של סוללות ליתיום-מתכת מבוססות מצב מוצק (ASSLMBs) חלופה מבטיחה לסוללות ליתיום-יון הקונבנציונליות.

בניגוד לסוללות הנפוצות כיום, המשתמשות באלקטרוליטים נוזליים דליקים, סוללות מצב מוצק משתמשות בחומרים מוצקים להעברת מטען בין האנודה לקתודה. המעבר הזה מפחית משמעותית את הסיכון לשריפות, אך יוצר אתגר אחר: עם הזמן, הממשק בין אנודת הליתיום המוצקה לאלקטרוליט המוצק נעשה לא יציב. טעינה ופריקה חוזרות גורמות להיווצרות מיקרו-חריצים על פני המגע, מה שמוביל לאובדן ביצועים מהיר ואף לכשל מלא של הסוללה.

כדי להתמודד עם הבעיה, חוקרים מהאקדמיה הסינית למדעים פיתחו שכבת ממשק חדשה בשם DAI (Dynamically Adaptive Interphase). שכבה זו משחררת יוני יודיד ניידים לתוך האלקטרוליט המוצק במהלך הפעולה. היונים נעים באופן פעיל למילוי הפערים שנוצרים, וכך שומרים על מגע רציף וצמוד בין רכיבי הסוללה. כתוצאה מכך, הסוללה יכולה לפעול ביעילות מבלי להזדקק ללחץ חיצוני קבוע לשמירת שלמות השכבות — מגבלה שהייתה עד כה אחת החסמים המרכזיים ליישום מעשי של סוללות מצב מוצק, לפי דיווח של TechXplore.

בניסויים מעבדתיים, תאים שבהם שולבה שכבת DAI שמרו על יותר מ-90% מקיבולת האנרגיה שלהם גם לאחר 2,400 מחזורי טעינה. החוקרים גם הרכיבו ובדקו תא מסוג pouch – פורמט נפוץ לרכבים חשמליים ואלקטרוניקה ניידת – אשר שמר על יותר מ-74% מקיבולתו לאחר 300 מחזורי טעינה, מבלי שנדרש לחץ חיצוני.

למרות שהטכנולוגיה עדיין בשלב המחקר, ההשלכות שלה עשויות להיות מרחיקות לכת. מערכת ריפוי עצמי שניתנת להרחבה יכולה להוביל לסוללות בטוחות יותר, ידידותיות יותר לסביבה ועמידות לאורך זמן, לשימוש ברכבים חשמליים, אחסון אנרגיה ברשת ועוד. בנוסף, היא צפויה לפשט את תהליך הייצור על ידי ביטול הצורך בעיצובים מורכבים על מנת ליצור לחץ; ניתן יהיה לייצר מארזי סוללות קומפקטיים, זולים ונוחים יותר לייצור המוני.

המחקר פורסם לראשונה בכתב העת Nature Sustainability.