מצאתי דרך להגדיל את יכולות סוללות הליתיום-יון פי 10
ברחבי העולם עשרות קבוצות מחקר מחפשות אפשרויות להגדיל משמעותית את יכולת סוללות הליתיום-יון. הכנסת סיליקון למבנה נחשבת לכיוון מבטיח, אך שבריריותו, שבריריותם של תרכובות המבוססות עליו ובעיות אחרות לא אפשרו זאת במשך זמן רב.
אך נראה כי מדענים ביפן הצליחו למצוא פיתרון לבעיית הסיליקון. הם הגיעו לעיצוב חדש של האנודה, העשויה מקשתות סיליקון בגודל ננו, המעניקות את הכוח והעמידות הנדרשים.
סוללות ליתיום-יון מודרניות וחסרונותיהן
אז, ראשית, רק כמה מילים על האופן שבו סוללות ליתיום יון פועלות. אז כידוע, סוללה מורכבת מזוג אלקטרודות (קתודה ואנודה) ופתרון אלקטרוליטי. אז המשימה העיקרית של האלקטרוליט היא העברת יוני ליתיום בין הקתודה לאנודה, שעשויה רק מגרפיט.
לכן, בזמן טעינת הסוללה, יני ליתיום נעים לאורך נתיב הקתודה-פתרון-האנודה. בתהליך הפריקה, תנועת היונים מתרחשת בכיוון ההפוך.
עיצוב זה הוכיח את עצמו היטב ועבד יותר מתריסר שנים. אך החיסרון העיקרי של כל התכנון הבאגים הזה טמון בעובדה שיש להשתמש בו זמנית בשישה אטומי פחמן באנודת הגרפיט לאחסון יון ליתיום אחד. מסיבה זו, לסוללות אלו צפיפות אנרגיה נמוכה.
סיליקון ויישומיו
עם זאת, אם אנו מסתכלים על חומר כזה כמו סיליקון, אז אחד האטומים שלו מסוגל להיקשר בארבעה יוני ליתיום בבת אחת, מה שמעניק עלייה כמעט פי 10 בצפיפות האנרגיה. נראה שהכל בסדר, אך מדענים עדיין לא הצליחו לייצב את הסיליקון.
מכיוון שהוא מועד להתרחבות משמעותית (עד 400% מהנפח המקורי), התכווצויות ו נשבר במהלך הפעלת הסוללה, ואז כל תופעות העיוות הללו הרסו את אנודות הסיליקון מהיר מספיק.
צוות מחקר מטעם מכון אוקינאווה לטכנולוגיה וטכנולוגיה מתקדמים (OSIT) הציע פיתרון לבעיית ייצוב אנודת הסיליקון. מהנדסים ביצעו מגוון שלם של ניסויים בשכבות סיליקון בעוביים שונים בחיפוש אחר ממוצע זהוב, בו יתקיימו התנאים של צפיפות אנרגיה גבוהה ויציבות הסוללה.
מדענים גילו שככל ששכבת הסיליקון מתגברת, תחילה יש עלייה בנוקשות, ואחרי נקודה מסוימת, יש ירידה חדה. הוחלט ללמוד ביתר פירוט את הסיבה למעבר זה, וזה מה שהמדענים הצליחו לבסס.
התברר שכאשר מפקידים סיליקון על חלקיקי ננו מתכתיים, מתחילים להיווצר עמודים זעירים בצורת קונוסים הפוכים, ומתעבים כלפי מעלה.
מתברר שעם התצהיר של מספר גדל והולך של אטומי סיליקון ובהתאם לצמיחת העמודים הם הופכים להיות כל כך רחב שהם נוגעים זה בזה וכך יוצרים מבנה מקושת של ננומטר סוּלָם.
מבנה כזה הוא חזק למדי ואף משמש את בני האדם בבנייה. ומתברר שלפני שנוצרו קשתות הננו הללו, המבנה חלש למדי, וצמיחתן הגדולה עוד יותר יוצרת מבנה ספוגי עם חורים, שאינו יעיל כל כך.
ורק ברגע היווצרותם של קשתות כאלה נוצר איזון המאפשר לספק יכולת טעינה מוגברת ומסוגל לעמוד במספר רב של מחזורי טעינה / פריקה.
עדיין לא ידוע מתי סוללות הליתיום-יון החדשות עם אנודת סיליקון ימכרו, אך ניתן לזהות את העובדה שכיוון זה מבטיח כבר בשלב זה.
אהבתם את החומר? ואז תרים את האצבע והירשם לערוץ. תודה לך על תשומת הלב!