חוקרים מאוניברסיטת טוקיו עשו לאחרונה פריצת דרך משמעותית בניסויים שלהם על ידי פיתוח מוצלח של סוג חדש של סוללת ליתיום-יון הכוללת את היכולת להשיג טעינה ופריקה יציבה במשך כ-1,000 מחזורים ללא שימוש בקובלט . תוצאה זו פורסמה בגיליון החדש של כתב העת Nature - Sustainable Development.
קובלט היא מתכת נדירה עם תג מחיר גבוה ואי ודאויות כמו זיהום סביבתי. כתוצאה מכך, חוקרים כבר זמן רב מחפשים דרכים להפחית או להסיר את הביקוש לקובלט בסוללות ליתיום-יון. נכון לעכשיו, אחד החומרים הקתודיים המבטיחים יותר הוא מנגנט ליתיום ניקל, המאופיין במתח פלט גבוה, עלות נמוכה וידידותיות לסביבה.
כדי להתגבר על החסרונות של הטכנולוגיות הקיימות, צוות מחקר באוניברסיטת טוקיו פיתח אלקטרוליט חדש. אלקטרוליט זה יכול לשמור את פוטנציאל התגובה של האלקטרודות החיוביות והשליליות של סוללות ליתיום ניקל מנגנט בטווח שאינו חורג מהגבול העליון של חלון פוטנציאל האלקטרוליט. במקביל, הוא יכול גם ליצור סרט מגן חזק ממלחי ליתיום על פני האלקטרודה השלילית, להתגבר על בעיות כמו הפשטת הסרט המגן ממשטח האלקטרודה וסדיקה של האלקטרודה השלילית שנגרמה על ידי שינויי הנפח הגדולים ב האלקטרודה השלילית של תחמוצת הסיליקון המלווה בטעינה ופריקה.
העיצוב החדש של הצוות גם דיכא בהצלחה תגובות לוואי שנגרמו על ידי האלקטרוליט והאלקטרודות, מה שאיפשר לסוללת הליתיום-יון נטולת הקובלט להשיג צפיפות אנרגיה פי 1.6 מזו של המקור. בניסויים הצליחה סוללה זו להשיג פעולה יציבה ברמה מעשית, כלומר טעינה ופריקה יציבה למשך כ-1,000 מחזורים, והשגת יחס קיבולת של 80% בהשוואה לקיבולת ההתחלתית. הישג זה מהווה פריצת דרך מרכזית עבור חוקרים מאוניברסיטת טוקיו שהצליחו לפתח סוללות ליתיום-יון בעלות צפיפות אנרגיה גבוהה ולהשיג טעינה ופריקה יציבה ללא שימוש בקובלט.
פתרון חדש זה לא רק מבטל את מגבלת מתח הפעולה של סוללות ליתיום-יון, אלא גם מרחיב את כיוון פיתוח הסוללות העתידיות. פריצת דרך חשובה זו צפויה לקדם את הפיתוח של כלי רכב חשמליים, מוצרים אלקטרוניים ותחומים נוספים, להפחית את התלות במשאבים נדירים ולהפחית את הזיהום הסביבתי. בעתיד, אנו מצפים למסחור מוקדם של סוג חדש זה של סוללת ליתיום-יון.
[מקור - Changjiang non-ferrous network].
