פריצת הדרך של הרווארד בטכנולוגיית סוללות: העתיד של סוללות ליתיום מתכת

בעידן בו הדרישה לאגירת אנרגיה יעילה ובר קיימא נמצאת בשיאה, פיתוח פורץ דרך מבית הספר להנדסה ומדעים שימושיים באוניברסיטת הרווארד הציב רף חדש בתחום טכנולוגיית הסוללות. החוקרים חשפו סוללת מתכת ליתיום חדשה המסוגלת לעמוד לפחות ב-6,000 מחזורי טעינה ופריקה ומתגאה ביכולת להיטען במלואה תוך דקות בלבד. ההתקדמות המהפכנית הזו לא רק מבטיחה לשנות את הדרך בה אנו משתמשים בסוללות אלא גם סוללת את הדרך ליישומים מעשיים יותר בתעשיות כמו כלי רכב חשמליים.

הליבה של מחקר זה טמונה בייצור של סוללות במצב מוצק באמצעות אנודות מתכת ליתיום, שיטה שהציעה תובנות חדשות לגבי חומרים לסוללות שעלולות להיות מהפכניות. המחקר, שפורסם לאחרונה ב-"Nature Materials", מדגיש את הצעדים המשמעותיים שנעשו בהבנה ובשימוש באנודות מתכת ליתיום. שין לי, מחבר העיתון, ציין, "סוללות האנודה ממתכת ליתיום נחשבות לגביע הקדוש של הסוללות. יש להם קיבולת פי עשרה מאנודות גרפיט מסחריות, מה שעלול להגדיל את טווח הנסיעה של כלי רכב חשמליים באופן משמעותי. המחקר שלנו מסמן צעד חיוני לקראת סוללות מוצקות מעשיות יותר ביישומים תעשייתיים ומסחריים."

אחד האתגרים הגדולים ביותר בתכנון הסוללות הללו היה היווצרות דנדריטים על פני האנודה. מבנים דמויי שורש אלו גדלים באלקטרוליט, חודרים את המחסום המפריד בין האנודה לקתודה, מה שמוביל לקצר חשמלי בסוללה ואף לשריפות. בשנת 2021, Li וצוותו התמודדו עם הנושא הזה על ידי תכנון סוללה רב-שכבתית, המשלבת חומרים שונים ביציבות שונות בין האנודה והקתודה. העיצוב הרב-שכבתי והרב-חומרי הזה לא חסם לחלוטין את הדנדריטים של ליתיום אלא שלט והכיל את חדירתם.

במחקר האחרון שלהם, הצוות עשה צעדים נוספים על ידי שילוב חלקיקי סיליקון בגודל מיקרומטר לתוך האנודה. גישה זו מכווצת את תגובת ה-lithiation ומקדמת ציפוי אלקטרוני אחיד של מתכת ליתיום עבה, ומונעת למעשה היווצרות דנדריטים. יתר על כן, תהליכי הציפוי וההפשטה יכולים להתרחש במהירות על משטחים שטוחים, מה שמאפשר לסוללה להיטען במלואה תוך 10 דקות בלבד.

בשלב הניסוי נוצרה סוללת פאוץ' בגודל בול דואר, גדולה פי 10 עד 20 מרוב סוללות המטבעות המיוצרות במעבדות האוניברסיטאות. למרבה הפלא, סוללה זו שמרה על 80% מהקיבולת שלה גם לאחר 6,000 מחזורים, וגברה על סוללות פאוץ' אחרות הקיימות כיום בשוק.

החידוש הזה מהרווארד הוא יותר מסתם הישג אקדמי; זה מסמל קפיצת מדרגה גדולה בטכנולוגיית הסוללה. עם הקיבולת, הבטיחות והיעילות המשופרים שלה, סוללת מתכת הליתיום שפותחה על ידי Li וצוותו טומנת בחובה את הפוטנציאל לחולל מהפכה באחסון ושימוש באנרגיה, במיוחד בכלי רכב חשמליים, ומציינת אבן דרך משמעותית במסע שלנו לעבר בר קיימא וחסכוני יותר באנרגיה. עָתִידִי.