לבנות סוללות טובות יותר

למען האמת, יש לומר, חובב הגאג’טים הממוצע אינו ער לשלוש נקודות חשובות בנוגע לסוללות. (בפברואר 2017, שידרה רשת PBS פרק מיוחד של התוכנית NOVA בכותרת “החיפוש אחר סוללת העל”, בהנחייתי. אחרי שנה של ביקורים במעבדות וראיונות עם מדענים, אני מודה שהסוללות מעסיקות אותי בימים אלה.)

נקודה ראשונה: הסוללות שאתם בוודאי מרבים לעסוק בהן הן אלו שבטלפון הסלולרי או במחשב הנייד שלכם. אבל אפשר לומר, ומדענים רבים אומרים זאת, שסוללות הן הסוד להתמודדות עם בעיות גדולות לאין ערוך, כמו אנרגיה, תחבורה ושינוי האקלים.

לדוגמה, היום רק כאחוז אחד מן המכוניות החדשות הנמכרות בארה”ב הן מכוניות חשמליות. סיבה אחת לכך היא שהן יקרות יותר ממכוניות מונעות בבנזין. סיבה אחרת היא הדאגה באשר לטווח הנסיעה: צרכנים חוששים שייתקעו עם מצברים ריקים במקום מרוחק מביתם. הסוללות הזולות ובעלות הקיבולת הגדולה יותר שמפתחים היום נועדו לתת מענה לשתי הבעיות האלה.

ונוסף לזה גם עניין רשת החשמל. חשמל הוא לא כמו מים, העומדים ומחכים בצינור עד שתפתחו את הברז. כשמדליקים מנורה, יש לייצר באותו רגע, בזמן אמת, את האנרגיה שנחוצה לה. על כן חברות החשמל מייחדות זמן רב להתמודדות עם תנודות חדות מאוד בביקוש לחשמל. בלילה, כשכולם ישנים, כמעט אין ביקוש, ואז ב-5 אחר הצוהריים, כשאנשים חוזרים הביתה מן העבודה יש שיא אדיר בביקוש. חברות החשמל בעצם מחזיקות תחנות גיבוי יקרות, בלתי יעילות המופעלות רק מדי פעם כדי לטפל בשיאי ביקוש, כמו אלה שנגרמים עקב גלי חום.

סוללות המחוברות לרשת יוכלו למתן את התנודות הבלתי אפשריות האלה. ואולי חשוב מזה, סוללות ברשת יוכלו לאגור אנרגיה סולרית כשהשמש זורחת, ואנרגיית רוח כשהרוח נושבת, לשימוש כשבאמת נחוץ. עד כה טרם עלה בידינו להכפיף את השמש ואת הרוח ללוחות הזמנים של שגרת חיינו.

הנקודה השנייה שאנשים אינם ערים לה: התלונות שלנו הן בדרך כלל על קיבולת הסוללה: כמה זמן יכולים המכשירים לפעול בין טעינה לטעינה. אבל האמת היא שקיבולת (או צפיפות אנרגיה) גבוהה היא רק פריט אחד ברשימת המשאלות של התעשייה. אנחנו גם רוצים שהסוללות יהיו זולות, בלתי מזיקות לסביבה כשהן יוצאות משימוש, מאריכות חיים (כלומר, אפשר לטעון אותן אלפי פעמים), קומפקטיות, קלות (בייחוד בשביל מכוניות חשמליות) ובטוחות לשימוש. זה ממש לא נעים כשהטלפון מתפוצץ, יעידו אנשי סמסונג.

באופן כללי, אי אפשר לקבל את הכול בסוללה אחת. אבל מצד אחר, לא תמיד צריך הכול. הסוללות של רשת החשמל, לדוגמה, לא צריכות להיות נישאות ולא קומפקטיות. וכך נפתחת האפשרות לשימוש בסוללות זרימה, למשל, המבוססות על כימיקלים המאוחסנים במכלי ענק וזורמים זה על פני זה בתוך תאי תגובה, או בסוללות של גלגל תנופה, המבוססות על דִסקת מתכת, כמו פלדה לדוגמה, שמשקלה עשרות קילוגרמים, המסתובבת במהירות של אלפי סיבובים בדקה בתא נטול חיכוך (היא מרחפת בתוך ריק מכוחו של מגנט). סיבובה נעשה בלילה, אז האנרגיה הנחוצה לכך זולה יותר, והאנרגיה הקינטית של הסיבוב מנוצלת בשעות היום להפקת חשמל.

הנקודה החשובה השלישית: הסוללות כן השתפרו במרוצת השנים. איננו מרגישים בזה מפני שבמקביל נעשו המכשירים שלנו מהירים, חזקים ותאבי אנרגיה יותר. למעשה, אם הייתם מחברים טלפון סלולרי מ-1995 לסוללה של אייפון עכשווי הוא בוודאי היה פועל שנה שלמה על טעינה אחת.

צפויים עוד חידושים נהדרים. למשל, מדען החומרים מייק צימרמן הצליח להחליף את הנוזל הדליק מאוד, שבו נעים היונים כשטוענים או פורקים סוללה (האלקטרוליט), בפיסה אחת של יריעת פלסטיק מיוחדת. והנה: סוללה שאינה יכולה לעלות בלהבות ולא להתפוצץ. ומכיוון שהיא אינה מתפוצצת, צימרמן יכול לנצל את הכימיה של המתכת ליתיום עצמה במקום בכימיה של יוני ליתיום. למתכת צפיפות אנרגיה גבוהה הרבה יותר, אלא שהיא נחשבת מסוכנת מדי לשימוש בסוללות של היום, המבוססות על אלקטרוליט נוזלי. כך אפשר להאריך את משך הפעולה.

אז מי שמבקשים להתלונן על סוללות, שיעשו את זה עכשיו. בקרוב המוניטין שלהן יעלה במידה ניכרת.