הג׳ל המתכתי הראשון בעולם עשוי להניע את עתיד האנרגיה

This post is also available in: English (אנגלית)

צוות מחקר מאוניברסיטת טקסס A&M פיתח את הג׳ל המתכתי הראשון בעולם — סוג חדש של חומר המשלב את החוזק של מתכות עם הגמישות של ג׳לים. פריצת דרך זו עשויה להוביל לפיתוח מערכות אחסון אנרגיה והנעה בטוחות יותר בטמפרטורות גבוהות, המתאימות לשימוש בסביבות שבהן חומרים קונבנציונליים נכשלים.

הג׳ל המתכתי שונה לחלוטין מג׳לים סטנדרטיים, העשויים לרוב מתרכובות אורגניות. הוא מורכב כולו ממתכות. תהליך הייצור מתחיל בעירוב של שני אבקות מתכת וחימומן עד אשר אחת מהן נמסה והשנייה נותרת מוצקה. המתכת שלא נמסה יוצרת שלד נקבובי ועדין הלוכד את המתכת הנוזלית בתוכו, ויוצר מבנה שנראה מוצק אך מתנהג כמו ג׳ל.

על פי דיווח של Interesting Engineering, תהליך זה מתרחש רק בטמפרטורות גבוהות מאוד — לעיתים סביב 1,000 מעלות צלזיוס, בהתאם למתכות המעורבות. במהלך החימום, הרכיב המוצק יוצר מבנה עדין השומר את המתכת הנוזלית במקומה, ומונע ממנה לקרוס לבריכה נוזלית. לפי החוקרים, יציבות כזו לא נצפתה בעבר בחומרים המכילים מתכת נוזלית.

אחת היישומים המבטיחים ביותר היא בתחום סוללות מתכת נוזליות (LMBs) המשתמשות בשכבות מותכות לאגירת אנרגיה ולשחרורה. סוללות אלה ידועות בעמידותן וביכולתן להתמודד עם עומסי אנרגיה גבוהים, אך החלקים הנוזליים שבתוכן עלולים לזוז בעת תנועה ולגרום לקצר חשמלי. השלד המוצק של הג׳ל המתכתי עשוי למנוע תנועה זו, ולאפשר לסוללות לפעול בבטחה במערכות ניידות כגון אוניות, ציוד תעשייתי כבד או כלי רכב הפועלים בטמפרטורות גבוהות.

כדי לבחון את הפוטנציאל הזה, הצוות בנה אב־טיפוס קטן של סוללה המשתמשת באלקטרודות דמויות ג׳ל, המורכבות מסידן נוזלי וברזל מוצק באנודה, וביסמות נוזלית וברזל עבור הקתודה. המכשיר הצליח לייצר חשמל, והג׳ל המתכתי שמר על שלמותו לאורך כל התהליך.

הגילוי התרחש באופן בלתי צפוי במהלך ניסויים בתרכובות מתכת. כאשר החוקרים בחנו תערובת של טנטלום ונחושת, הם גילו שהנחושת המותכת לא קרסה כמצופה, אלא נתמכה על ידי שלד טנטלום. ניסויים נוספים אישרו כי מצב דמוי־הג׳ל הזה מתקיים גם בשילובים אחרים של מתכות.

בהסתכלות קדימה, החוקרים סבורים כי ג׳לים מתכתיים עשויים לייצב גם מלחים מותכים, ואף למלא תפקיד במערכות הנעה בטמפרטורות גבוהות — כולל כאלה המיועדות לכלי רכב היפרסוניים.