מדענים מאוניברסיטת Hanyang בסיאול פיתחו דרך חדשה להגביר את הביצועים והעמידות של סוללות המשמשות במכשירים אלקטרוניים וכלי רכב שונים. הטכניקה שלהם מורכבת משטיפת וציפוי הקתודות של הסוללה בפתרון מיוחד.
סוללות נחוצות להפעלת גאדג'טים ומכונות מודרניות רבות, מסמארטפונים ומחשבים ניידים ועד מכוניות חשמליות ורובוטים. עם זאת, אחד האתגרים העיקריים העומדים בפני מפתחי סוללות הוא הגדלת צפיפות האנרגיה והעמידות של תאי הסוללה, במיוחד אלה המשתמשים בחומרי ניקל גבוה (Ni) כקתודות.
לקתודות ניקל גבוהות יש יתרונות רבים כמו קיבולת גבוהה ועלות נמוכה. עם זאת, יש להם גם חיסרון משמעותי – נטייה לפירוק מהיר עקב תגובתיותם הגבוהה לאינטראקציה עם הסביבה. זה מוביל להיווצרות תרכובות ליתיום לא רצויות על פני הקתודה ולתגובות לוואי מזיקות עם האלקטרוליט - הנוזל שמעביר את המטען החשמלי בתוך הסוללה.
כדי להתגבר על בעיה זו, מדענים פיתחו פתרון פשוט אך יעיל: שטיפת הקתודות במים המכילים יוני קובלט (Co) מומסים. תהליך זה מסיר עודפי ליתיום ממשטח הקתודה ויוצר שכבה דקה, אחידה ועשירה בקובלט המשמשת כמגן מגן. שכבה זו מונעת מגע ישיר של הקתודה עם האלקטרוליט, ובכך מפחיתה את האפשרות להתדרדרות נוספת.
המדענים הוסיפו גם ציפוי פלואוריד לקתודה השטופה, מה שהגדיל עוד יותר את היציבות והבטיחות של הסוללה. ציפוי הפלואוריד מונע ממלחי אלקטרוליט להתפרק והיווצרות בועות גז שעלולות לגרום לסוללה להתנפח ואף להתפוצץ.
החוקרים בדקו את טכניקת הכביסה והציפוי שלהם על מספר קתודות ניקל גבוהות, ושיפרו באופן משמעותי את הביצועים ואת משך החיים שלהם. קתודות מטופלות שמרו על יותר מ-90% מהקיבולת המקורית שלהן לאחר 500 מחזורים, לעומת פחות מ-80% עבור אלה שלא טופלו. הם גם הראו צפיפות אנרגיה גבוהה יותר ופחות היווצרות גז מאשר קתודות קונבנציונליות.
המדענים מקווים שהטכניקה שלהם תסלול את הדרך לפיתוח של סוללות יעילות ואמינות יותר עבור יישומים שונים, במיוחד עבור כלי רכב חשמליים ואלקטרוניקה גדולה. הם גם מצפים שהתוצאות שלהם יעוררו מדענים אחרים למצוא דרכים חדשות לשיפור היציבות והעמידות של קתודות מועשרות בניקל.
קרא גם: