⭐ נקודות עיקריות
- חוקרים מאוניברסיטת פלינדרס פיתחו סוללת אבץ-יוד מימית נטענת לאגירת אנרגיה רחבת היקף.
- הטכנולוגיה מבוססת על פולימר מבוסס עמילן שמונע את דליפת היוד ושומר על יציבות התא.
- הסוללה מאפשרת טעינה ב-3 דקות ויותר מ-60,000 מחזורים בקיבולת מופחתת.
- הפיתוח נמצא כעת בשלב של הקמת פלטפורמת אב-טיפוס מסחרית בשיתוף התעשייה.
חוקרים מאוניברסיטת פלינדרס (Flinders University) שבאוסטרליה פיתחו סוללה נטענת חדשה המיועדת לאגירת חשמל בקנה מידה גדול, כמו אחסון אנרגיה סולארית שנוצרת ביום לשימוש בשעות הלילה.
הסוללה מבוססת על אבץ ויוד במקום על ליתיום, ומוצגת כחלופה בטוחה וזולה יותר לסוללות ליתיום-יון (Lithium-Ion) הנפוצות כיום.
סוללת אבץ-יוד מימית (Aqueous Zinc-Iodine Battery או AZIB) היא סוללה נטענת שבה האלקטרוליט, הנוזל שמעביר את המטען בין שני קצוות התא, מבוסס על מים ולא על ממס אורגני דליק. מכאן נובע יתרון הבטיחות המרכזי שלה, מאחר שהיא אינה עלולה לעלות באש כמו סוללות ליתיום-יון.
הסוללה נטענת במלואה בתוך שלוש דקות ועומדת ביותר מ-60,000 מחזורי טעינה ופריקה, בעוד שסוללות ליתיום-יון נשחקות בדרך כלל אחרי כמה אלפי מחזורים בלבד. שני החומרים שבסיס שלה נפוצים וזמינים, מה שמפחית את התלות בשרשראות אספקה ריכוזיות.
כך עמילן מונע את שחיקת הסוללה
סוללות מבוססות מים מציעות יתרון בטיחותי מובהק בהיותן בלתי דליקות, אך סבלו בעבר מתופעה המכונה "אפקט המעבורת" (Shuttle Effect).
במסגרת תהליך זה, חלקיקי ביניים עוברים מהאנודה לקתודה בסוללה וגורמים לשחיקה מהירה בביצועי הסוללה לאורך זמן.
צוות המחקר פתר את הבעיה באמצעות חומר מארח המבוסס על פולימר ציקלודקסטרין (Cyclodextrin), נגזרת עמילן זולה ומתכלה המשמשת בתעשיות המזון והקוסמטיקה.
המבנה של הפולימר כולל מעטפת חיצונית הידרופילית (מושכת מים) וחלל פנימי הידרופובי (דוחה מים), שלוכד ומשחרר את היונים לפי דרישה ועוצר את הדליפה שנוצרת מאפקט המעבורת.
ביצועים ויכולות פריקה
על פי נתוני המחקר שפורסמו בכתב העת המדעי Angewandte Chemie, התאים פועלים במתח של 1.3V עד 1.4V.
הנתונים שהוצגו אינם מתארים מצב הפעלה יחיד, אלא שני מצבים שמאזנים באופן שונה בין קיבולת לאורך חיים: טעינה איטית יותר מספקת קיבולת גבוהה יותר, בעוד שטעינה מהירה מאריכה משמעותית את חיי התא.
| מצב הפעלה | משך טעינה מלאה | קיבולת (מיליאמפר-שעה לגרם) | מחזורי טעינה ופריקה |
|---|---|---|---|
| קיבולת מרבית | 7 דקות | 200mAh/g | 8,000 |
| עמידות מרבית | 3 דקות | 150mAh/g | יותר מ-60,000 |
קצב השחיקה בשורת העמידות המרבית עומד על 0.0001% עד 0.0003% בלבד לכל מחזור, נתון שמסביר את אורך החיים החריג של התא.
יתרונות האבץ והשלכות סביבתיות
סוללות אבץ מבטלות את סיכוני הדליקה המאפיינים מערכות ליתיום-יון, תוך התאמה לצפיפות האנרגיה הנדרשת.
צפיפות האנרגיה של אבץ-יוד נמוכה מזו של ליתיום-יון, ולכן היתרון שלה מתבטא במתקנים נייחים שבהם המשקל והנפח פחות קריטיים.
הפיתוח מספק גם מענה לבעיית הפסולת, כאשר באוסטרליה לבדה מיוצרות כ-3,300 טונות של פסולת סוללות ליתיום בשנה, נתון שצפוי לעלות על 136,000 טונות עד שנת 2036.
שלבי הפיתוח
הטכנולוגיה נמצאת כעת בשלב המעבר ממחקר מעבדתי לקראת היתכנות תעשייתית.
צוות החוקרים באוניברסיטת פלינדרס משתף פעולה ישירות עם שותפים בתעשייה להקמת פלטפורמת אב-טיפוס מסחרית לבחינת המערכת בקנה מידה מלא.
