לא רוצים סוללות מאבנים? האם אנו לקראת מהפכה חדשה בתחום הסוללות הנטענות? על כל זה היום.
בכל רחבי העולם, מתנהל זה מכבר מרוץ להשגת היעילות המרבית האפשרית של מה שנקרא אנרגיה ירוקה. מקורות אנרגיה מתחדשים שאינם פולטים גזי חממה לאטמוספירה הם עתיד הציוויליזציה שלנו, שאיש אינו מטיל בו ספק. זה כבר לא רק חלום, אלא הצורך של היום. מדענים משמיעים את האזעקה יותר ויותר, ודוחקים בנו לחסוך בחשמל ולנסות להשתמש במכשירים החשמליים בצורה יעילה ככל האפשר.
מעניין גם: סקירה Motorola Edge 40: אותו "טופ תמורת הכסף"
סוללות ליתיום-יון כבר לא כל כך יעילות
רוב המכשירים פועלים על סוללות או סוללות, מנגני ווקמן ישנים ועד לסמארטפונים או מכוניות חשמליות העדכניות ביותר, המבוססים על טכנולוגיות ליתיום-יון (Li-ion). הם נמצאים בשימוש במשך שנים רבות ברוב מכשירי החשמל והמכשירים הטכנולוגיים, למרות שהם אינם חסכוניים ועמידים באנרגיה במיוחד. בנוסף, סילוקם הופך עם הזמן לבעיה של ממש למצב האקולוגי של הסביבה שלנו.
סוללות ליתיום-יון ממוקמות כמעט בכל מקום, מכיוון שהן זולות ובעלות ביצועים גבוהים. מכיוון שעלותן של סוללות אלו ירדה משמעותית בעשור האחרון, הן הופכות לאלטרנטיבה היעילה ביותר לשימוש לטווח ארוך, פשוט בגלל השפע הרב שלהן. כיום, סוללות אלו השיגו עלות נמוכה וצפיפות אנרגיה מוגברת לא באמצעות פריצות דרך טכנולוגיות, אלא באמצעות אופטימיזציה הנדסית פשוטה ומתמשכת של שיטות ייצור, כלים ויעילות.
עם זאת, עם התפתחותן של שיטות וטכנולוגיות חדשות לייצור חשמל, הביקוש לשיטות יעילות לאחסון שלו הולך וגדל. בקנה מידה קטן אין בכך בעיות - הפתרון הוא סוגים שונים של סוללות ומצברים, שהם מרכיב ברור של המציאות כמו החשמל עצמו.
הם רגילים להפעלת טלפונים, סוגים שונים של תאורה, הם היו צריכים פעם להשתמש בפנסים או בנגני מוזיקה, למרות שכל אלה נמצאים כעת בסמארטפונים שלנו. אבל איך מאחסנים את האנרגיה הדרושה להפעלת משק בית שלם? מסתבר שסוללות יכולות להועיל גם במקרה הזה. אנחנו כמובן לא מדברים על סוללות מסוג ה"אצבעות" הפופולריות הקיימות בחנויות, אלא על מכשירים חדשים לגמרי, שהם הישגים הנדסיים מרגשים בפני עצמם.
מחקר נמשך כבר די הרבה זמן לפיתוח סוללות חדשות שיכולות להתחרות בסוללות ליתיום-יון מבחינת ביצועים, עלות ועמידות.
רבות מהטכנולוגיות החדשות הללו אינן חדשות לגמרי. למעשה, הם פועלים באופן דומה לסוללות ליתיום-יון, אך באמצעות חומרים שונים. הנה כמה מהדוגמאות המעניינות ביותר לטכנולוגיות שעלולות לחולל בקרוב מהפכה בתחום אגירת האנרגיה.
קרא גם: 7 השימושים המגניבים ביותר של ChatGPT
סוללות במצב מוצק
סוג זה של סוללות, בניגוד לאחרים, אינו משתמש באלקטרוליטים נוזליים או ג'ל, אלא צורות מוצקות. אלקטרוליטים כאלה הם בדרך כלל בצורה של קרמיקה, זכוכית, פולימרים או סולפיטים. סוללות מצב מוצק יעילות יותר מכיוון שהן מספקות יותר אנרגיה לאותם מידות כמו מקבילותיהן הליתיום-יון. יש להם פוטנציאל גדול, במיוחד בתחום הנעת כלי רכב חשמליים.
לסוללת מצב מוצק יש פוטנציאל לפתור את רוב הבעיות המפורטות לעיל עם סוללות הליתיום-יון של ימינו. סוללת זכוכית במצב מוצק יכולה להיות בעלת צפיפות אנרגיה פי שלושה על ידי שימוש באנודת מתכת אלקלית (ליתיום, נתרן או אשלגן), המגבירה את צפיפות האנרגיה של הקתודה ומספקת חיים ארוכים. אלקטרוליט מוצק נחשב לא דליק או לפחות עמיד בפני הצתה עצמית. האופי הלא דליק של סוללות מוצק מפחית גם את הסיכון להתחממות יתר, ומאפשר לארוז תאים בצורה הדוקה יותר, ובכך להגביר את גמישות העיצוב וצפיפות התפזורת.
תקוות גדולות לסוללות אלו קשורות לעובדה שהן יכולות להחזיק הרבה יותר זמן. וזה יתרון גדול בעולם של היום.
עם זאת, סוללות מצב מוצק נמצאות כיום ברמת מוכנות טכנולוגית נמוכה והמחקר הבסיסי עדיין נמשך, מה שגורם לאי ודאות ולחששות לגבי עלות ייצור גבוהה ומדרגיות. האתגר הוא גם להכניס אלקטרוליטים מוצקים לתהליך התואם שיטות ייצור מודרניות, שלא אמור להשפיע על העמידות או העלות של המוצר הסופי, ובנוסף, להוסיף יתרונות כמו אנרגיה טובה יותר וצפיפות הספק, בטיחות מוגברת, ותפוקה גבוהה יותר. .
קרא גם: בדקתי וראיינתי את הצ'אטבוט של בינג
סוללות ליתיום גופרית
סוללות ליתיום גופרית (Li-S) (לא להתבלבל עם "ליתיום גופרית" - סוללות נצחיות אלו מתודלקות על ידי מחלוקות של אוקראינים) החלו להתפתח ונחקרו מאז שנות ה-60 של המאה הקודמת כמכשיר יעיל עבור אגירת אנרגיה באמצעות תגובות אלקטרוכימיות הפיכות. למרות הפיתוח המהיר והמסחור של טכנולוגיית סוללות הליתיום-יון (LIB), לא הושגה פריצת דרך לפתרון האתגרים הטכניים הקריטיים העומדים בפני סוללות ליתיום-יון בעשורים הקרובים. לכן, בשנות ה-2000, סוללות Li-S חזרו לעניין משמעותי מהמפתחים בשל היתרונות שלהן - עלות נמוכה ואנרגיה ספציפית תיאורטית גבוהה. אינדיקטורים אלה גבוהים כמעט פי 3 מהמאפיינים של סוללות ליתיום-יון הנוכחיות. העלות הנמוכה והתכולה הגבוהה של גופרית (כלומר חומר קתודה פעיל) הופכת את סוללות הליתיום-גופרית לאטרקטיביות יותר מסוללות הליתיום-יון, לאור העובדה שהאחרונות משתמשות בחומרים קריטיים כמו קובלט וניקל בייצור קתודה.
ובסוללות ליתיום גופרית, הקתודה, שהיא אחת משתי האלקטרודות בסוללה, תהיה עשויה מגופרית. יסוד זה מאוזן יותר מניקל וקובלט מסורתיים. סוללות כאלה יעילות יותר מסוללות ליתיום-יון. זה כמובן יכול להוביל לטווח ארוך יותר של המכוניות שבהן ישמשו. אפשר לומר שהיתרון הגדול של סוללות אלו הוא שגופרית היא חומר גלם זול ונפוץ. יחד עם זאת, תהליך הייצור של סוללות מסוג זה דומה מאוד לזה המשמש לייצור סוללות ליתיום-יון, מה שאומר שניתן להשתמש באותם מכשירים ויכולות ייצור לייצור שלהם.
יתרון נוסף של סוללות מסוג זה הוא כמות האנרגיה הקטנה יותר הנדרשת לייצורן, בכמעט 25%. כל התכונות הללו יכולות להפוך את הייצור של סוללות ליתיום-גופרית לרווחיות מאוד.
ההתפתחויות כבר בעיצומן. חברת Lyten זכתה להצלחה משמעותית במיוחד בתחום זה. יש לו כבר פלטפורמת סוללה שלמה של LytCell EV. החברה טוענת שהסוללה שלה זולה ובטוחה יותר מסוללות הליתיום-יון של ימינו, ויכולה לשמש בכלי רכב חשמליים בייצור המוני שנבנו בארה"ב עד אמצע העשור הזה.
מעניין גם: Google Bard AI: כל מה שאתה צריך לדעת
סוללות ברזל-אוויר
סוללה מסוג זה פועלת על בסיס תהליך החמצון של ברזל באמצעות אוויר. בתהליך הטעינה, חומרים מחומצנים מומרים בחזרה לברזל בתהליך המכונה חמצון הפוך. סוללות ברזל-אוויר צפויות להיות נפוצות בעתיד הקרוב, בעיקר בגלל שהן מאפשרות אחסון אנרגיה ארוך יותר כמעט פי 25 מסוללות ליתיום-יון.
בשל העתודות הגדולות מאוד של ברזל ואוויר, סוללות כאלה בהחלט יעלו הרבה פחות. לפי הערכות מחירם יכול להיות נמוך מסוללות קיימות בכפי 10! למרבה הצער, לסוללות כאלה יש חיסרון משמעותי אחד - בגלל קצב חמצון הברזל האיטי, טעינתן עשויה להימשך זמן רב.
הסטארט-אפ Form Energy, שצמח על בסיס המכון הטכנולוגי המפורסם של מסצ'וסטס (MIT), מפתח בהצלחה סוללות ברזל-אוויר. סוללות Form Energy, לטענת היזמים, זולות פי עשרה מליתיום, והן משתמשות בברזל, הקיים בשפע בעולם. יחד עם זאת, סוללות ברזל-אוויר יכולות להחזיק מעמד זמן רב יותר מסוללות ליתיום והן גם בטוחות יותר מכיוון שאינן דליקות.
החיסרון היחיד שנראה כרגע הוא שהסוללות הללו איטיות בטעינה, מה שהופך אותן לאופציה פחות מעשית מאשר סוללות ליתיום, למשל במקרה של מחשבים ניידים או סמארטפונים. מצד שני, הם מהווים פתרון מצוין לאגירת אנרגיה ברמת רשת החשמל הארצית, שכן הם יכולים לספק 100 שעות אגירת אנרגיה, הרבה יותר מאשר סוללות ליתיום שיכולות להחזיק עד שש שעות. בדרך זו, הם יכולים להקל על השילוב של פארקים סולאריים בקנה מידה גדול וחוות רוח.
מעניין גם: תופעת הבלוסקי: איזה שירות והאם זה לאורך זמן?
סוללות עם אבן כתוש
דוגמה מעניינת נוספת לסוג חדש של סוללות היא אלו האוגרות חום במקום חשמל. כך למשל, החברה הישראלית ברנמילר אנרג'י עובדת על שימוש בחומרים חלופיים, כמו סלעים, לאגירת אנרגיה תרמית. מאז 2012, ברנמילר אנרג'י משתמשת באבן כתוש תחילה לייצור ולאחר מכן לאחסון אנרגיה תרמית. טכנולוגיות כאלה, בתורן, יכולות לשמש למטרות שונות, למשל, בתעשייה.
מעניין שהרעיון של שימוש באבן כתוש לאחסון אנרגיה אינו חדש לגמרי. נאס"א, אשר לזכותה עומדות טכנולוגיות חדשות רבות, בוחנת טכנולוגיות אחסון אנרגיה תרמית מאז שנות השבעים של המאה הקודמת. בניגוד לאלו הקונבנציונליים, הסוללות שמייצרת החברה הישראלית משתמשות באנרגיה להפקת קיטור, מים חמים או אוויר חם. ברנמילר אנרג'י אומר שהמפעל שלה, הנקרא טמפו, יוכל לאחסן עד 35 MWh של אנרגיה, להפיק עד 14 טון קיטור בשעה.
זה חשוב מאוד לכלכלת ישראל, שבה עד 45 אחוז מכל הפליטות הקשורות לאנרגיה מגיעות מתחום החימום התעשייתי. פרויקט זה נועד להחליף דודי קיטור הפועלים על דלקים מאובנים מסורתיים.
מציאות חדשה דורשת פתרונות חדשים. הופעתן של סוגי סוללות חדשים תתרום לפיתוח טכנולוגיות בתחום החיסכון באנרגיה. אולי בעוד כמה שנים, המחשב הנייד או הסמארטפון שלך כבר לא יצטרך להיטען כל יום, כי הוא יעבוד במשך חודש, ואולי אפילו שנה, בטעינה אחת. ויחד עם זאת, הסוללה מהסוג החדש לא רק יחסוך באנרגיה, אלא גם יתרום לשמירה על איכות הסביבה.
מעניין גם: