פריצת דרך מדעית עשויה להוביל לסוללות שלא מתבלות

באופן רגיל אומרים לנו שחימום יכול לגרום לסוללות ליתיום-יון להתפוצץ, וזה נכון - אבל חוקרים סיניים ומארצות הברית טוענים כי מצאו התנהגות של חומרים שהפוכה לחוקי התרמודינמיקה, והם שומרים על נפחם גם בחימום לטמפרטורות גבוהות, ותחץ לחץ הם מתרחבים במקום להתכווץ, מה שיכול לסייע בהשבת חיים לסוללות עתידיות

כזכור, סוללות ליתיום-יון מניעות בערך כל חפיץ מסביבנו, מסמארטפון ועד למכונית חשמלית. אולם, המבנה הכימי שלהן מכתיב שהן "יתעייפו" אחרי מחזורי טעינה ופריקה ורבים לאורך חייהן והשימוש בהן, בשל שינויים במבנה הכימי שלהן שפוגם ביכולת שלהן לאחסן אנרגיה חשמלית.

אולם, כעת חוקרים סיניים ממכון נינגבו לחומרים, טכנולוגיה והנדסה שבמחוז ז'גיאנג בסין ובית הספר פריצקר להנדסה מולקולרית באוניברסיטת שיקגו, טוענים במאמר שפורסם השבוע ב-Nature כי פריצת דרך מדעית של חומרים מחומצנים במצב "סופר-יציב", שלא משנים את המבנה שלהם תחת חום ולחץ (בניגוד לעיקרון הידוע של התרחבות החומר בחימום), יכולה להוביל לשורה של פיתוחים מחומרי בניין עמידים יותר ועד סוללות חדשות שיהיה אפשר להחזיר להן את קיבולת האחסון החשמלית שלהן תוך כדי טעינה, פשוט על ידי העברת זרם בהן.

כדי להבין את הרעיון של "סופר-יציבות", החוקרים מתארים כדור שנמצא בראש גבעה. במצב רגיל, הכדור יתגלגל במורד הגבעה ויגיע לתחתיתה. במצב "סופר-יציב" דמיינו שהכדור נתקע בתוך גומה הקרובה לראש הגבעה, יושב שם ולא מתגלגל במורד. זהו התיאור להתנהגות של החומר במצב ה-"סופר-יציב". אבל כדי להוציא את הכדור מהגומה, נדרשת דחיפה בצורה של אנרגיה. והיופי הוא שמדובר בכל אנרגיה שהיא - חום, דחיסה או זרם חשמלי.

פרופ' מינגהאו זאנג, שהיה שותף לכתיבת המחקר, מתאר את החומרים האלה בראשי התיבות ZTE או "התרחבות-תרמית-אפס", ואת התכונה המוזרה הנוספת שלהם: שהם מתרחבים תחת דחיסה במקום להתכווץ, כמקובל.

התכונות החדשות האלה יכולות להוביל לרעיונות פרועים, כמו למשל מטוסים חשמליים שהגוף שלהם הוא הסוללה שמניעה אותם, ושתהיה עמידה גם לשינויי הלחץ והטמפרטורה בשמיים - מה שיאפשר לבנות מטוסים קלים במיוחד ולתת לתחום הזה דחיפה קדימה. ולענייננו - גם להחזיר לסוללות את חייהן כמקדם: ניתן יהיה "לדחוף" ולסדר מחדש את המבנה הכימי הפנימי של סוללה בעזרת זרם חשמלי, כך שסוללה תוכל לקבל בחזרה את נעוריה, ולשוב להיות כמעט כמו חדשה במונחים של שמירת אנרגיה חשמלית על ידי העברת זרם פשוטה.

כרגע מדובר במחקר מדעי בסיסי, אולם החוקרים כבר תוהים לגבי המרה ליישומים תעשייתיים בעתיד.