מדענים בבן גוריון חוקרים את “שכבת הגבול החשמלית” במטרה למצוא שיטות חדשות לפיתוח מערכות אנרגיה חלופית

חוקרים מאוניברסיטת בן-גוריון מפתחים חומר מבטיח ומאתגר לאנרגיה חלופית

דר’ אריק יוכליס, דר’ איריס ויסולי-פישר וצוות חוקרים מהמחלקה לאנרגית שמש ופיזיקת הסביבה באוניברסיטת בן-גוריון בנגב. דר’ יוכליס ודר’ ויסולי-פישר, מפתחים שיטות עיוניות וניסיוניות להבנה כיצד ההתארגנות המרחבית של מטענים משפיעה על מעבר של מטען חשמלי בין הנוזלים יוניים והאלקטרודות.

בעזרת מחקר עיוני (שהתקבל לפרסום בכתב העת היוקרתי Physical Chemistry Chemical Physics) הציעו החוקרים פתרון למחלוקת ההתארגנות של יונים ליד אלקטרודות הללו, בכך שבתנאים שונים של הניסוי ניתן לצפות לקיום של כל אחת משתי האפשרויות שנתונות היום במחלוקת מדעית. “בפועל” טוענים החוקרים “נראה שאין מחלוקת כלל, וכל החוקרים צודקים באבחנותיהם. מובן מאליו שהבנה בסיסית של המנגנונים הפיסיקליים והכימיים תאפשר קפיצת מדרגה מדעית ותוביל לתכנון של התקנים יעילים לצורכי אנרגיה חלופית המבוססים על נוזלים יוניים”.

יצוין, כי יעילותם של התקני אנרגיה מתחדשים על בסיס אלקטרוכימי, כגון תאים סולריים, סוללות ותאי דלק, תלויה במידה רבה בכמות המטענים החשמליים באלקטרוליט, לכן התנהגותם של אלקטרוליטים בעלי צפיפות מטען גבוהה זוכים היום לעניין מחקרי רב. נוזלים יוניים, בהיותם מלחים מותכים בטמפרטורת החדר, מבוקשים ביותר ליישומי אנרגיה, לא רק בשל צפיפות המטען הגבוהה שלהם, אלא גם בשל שליטה במבנה כימי, לחץ אדים נמוך ויציבות תחת מעבר מטען. אולם ככל שמדענים מרבים לחקור נוזליים יוניים, כן גדלות מחלוקות לגבי הבנה מדעית של חומרים אלו.

הבנה של תנועה ומעבר מטענים חשמליים חייבת לקחת בחשבון את הארגון המרחבי של יונים שליליים וחיוביים ליד האלקטרודות, אזור המכונה “שכבת גבול חשמלית”. מחקרים שבוצעו לאחרונה הראו כי מבנה של שכבות גבול בנוזלים יוניים שונה באופן מהותי מזה שבאלקטרוליטים מסורתיים (כמו מלח שולחן מומס במים). מחקרים הראו כי ליד האלקטרודות מתקיים סידור שכבתי חדש של יונים חיוביים ושליליים, והסדר הזה דועך ככל שמתרחקים מהאלקטרודה. לעומת תוצאות הללו, חוקרים אחרים הראו כי יונים חיובים ושליליים בנוזלים יוניים יכולים להתחבר זה לזה ובסופו של דבר למנוע סידור מרחבי של מטענים ליד האלקטרודות, בדיוק כמו באלקטרוליט מסורתי. תגליות אלו הובילו לאחרונה (בשנת 2013) למחלוקת שתועדה בכתב העת היוקרתי Proceedings of the National Academy of Sciences.

מחקרם של דר’ יוכליס ודר’ ויסולי-פישר עשוי לשפוך אור חדש בנושא זה ולקדם את אופציות השימוש באנרגיה חלופית.