עידן חדש באגירת אנרגיה: סוללות סיליקון נטענות

קבוצת מחקר מהפקולטה למדע והנדסה של חומרים, שפיתחה את סוללות הסיליקון-אוויר הראשונות, מדווחת על הצלחה בפיתוח סוללות סיליקון נטענות

פרופ' יאיר עין-אלי

פרופ' יאיר עין-אלי

הצורך הגובר בשימוש במקורות אנרגיה מתחדשים מציב אתגרים הנדסיים רבים ובהם אתגר האגירה. מאחר שמקורות אלה אינם יציבים על ציר הזמן – קרינת השמש אינה מגיעה לכדור הארץ כל שעות היום ואנרגיית הרוח אינה קבועה בעוצמתה – נדרשים פתרונות אחסון יעילים.

מעבר לסוגייה הסביבתית והאקלימית קיימים אתגרים טכנולוגיים רבים, למשל בהנעת  כלי רכב חשמליים. מצברים חזקים וארוכי טווח הם משאלה שעדיין לא התגשמה, וכיום מבוססים המצברים האלה ברובם על סוללות ליתיום-יון המאופיינות במחיר גבוה ובהשלכות סביבתיות שליליות. על רקע זה נערכים בעשורים האחרונים מחקרים רבים שנועדו לפתח סוללות המבוססות על רכיבים זולים וזמינים יותר כגון מגנזיום, סידן, אלומיניום ואבץ.

זהו הרקע למחקרים הנערכים במעבדתו של פרופ' יאיר עין-אלי מהטכניון בנושא סוללות מבוססות סיליקון. פרופ' עין אלי הוא חבר סגל בהפקולטה למדע והנדסה של חומרים וחבר ב-GTEP, תוכנית האנרגיה ע"ש גרנד בטכניון.

סיליקון הוא היסוד הנפוץ ביותר בקרום כדור הארץ מלבד חמצן ולכן הוא זמין וזול. יתרה מכך, הוא מאופיין ביציבות ובצפיפות אנרגיה גבוהה – מאפיינים ההופכים אותו לחומר מתאים לסוללות.

הדוקטורנט אלון אפשטיין

הדוקטורנט אלון אפשטיין

המחקר בנושא זה במעבדת עין אלי החל כבר בשנת 2009 וכבר הניב פיתוח של סוללות סיליקון-אוויר. כעת מפרסמת קבוצת המחקר בראשות פרופ' עין אלי פריצת דרך חדשה: סוללות נטענות על בסיס סיליקון, ללא ליתיום. את המחקר שהתפרסם ב-Advanced Energy Materials הובילו הדוקטורנט אלון אפשטיין מהצד הניסויי וד"ר איגור בסקין מהצד התיאורטי והשתתף בו פרופ' מתי סאס מהפקולטה להנדסת מכונות.

צוות המחקר הראה כיצד הסיליקון מתמוסס בעת פריקת הסוללה ומשוקע בחזרה בעת הטעינה באופן המאפשר פריקה וטעינה לסירוגין. בניסויים שנערכו במעבדה הצליחו החוקרים להדגים מספר סבבים של פריקה-טעינה, והם מעריכים כי שיפור התכן יוביל להגדלת מספר הסבבים והנצילות האנרגטית. לדברי פרופ' עין אלי, "הוכחת היתכנות זו עשויה לסלול דרך לקראת סוללות נטענות משופרות, וכך להאיץ את פיתוחם של מצברים יעילים לאגירת אנרגיה."

המחקר נתמך על ידי המועצה להשכלה גבוהה והקרן הלאומית למדע, התוכנית הלאומית לתחליפי דלקים, משרד הקליטה והעליה, מאגד מלא"ך (INREP) ותוכנית האנרגיה ע"ש גרנד בטכניון.

לקריאת המאמר – לחצו כאן

איור של סוללת הסיליקון

איור של סוללת הסיליקון