סוללות חדשות מנוזל יוני

מדענים מהמחלקה למדעי החומרים וטכנולוגיה ממעבדת המחקר של הצי בארה”ב מספקים ראיה מוצקה לקיומה של דרך לפיתוחם של התקני אחסון אנרגיה חדשניים וקלי-משקל. 

מדענים מהמחלקה למדעי החומרים וטכנולוגיה ממעבדת המחקר של הצי בארה”ב מספקים ראיה מוצקה לקיומה של דרך לפיתוחם של התקני אחסון אנרגיה חדשניים וקלי-משקל. באמצעות סטייה ממאות שנים של פיתוח תאי סוללות המבוססים על תמיסה מימית משתכת ומסוכנת, לשימוש בנוזלים יוניים לא-נדיפים ויציבים, המדענים חוזים קבלת מבחר סוגים חדשים של סוללות.

במקום להתבסס על אלקטרוליטים חומציים במיוחד, נוזלים יוניים משמשים להכנת אלקטרוליט פולימרי מוצק המורכב מנוזל יוני ופוליויניל אלכוהול, ואשר ממנו מפתחים סוגים חדשים של סוללות במצב מוצק בעלות מתח חשמלי בשיעור של עד 1.8 וולטים.

התכונות הייחודיות של נוזלים יוניים עודדו את העניין המתפרץ ביישומים עבור תחום הסוללות. נוזלים יוניים הינם מלחים מותכים בטמפרטורת החדר בעלי מאפיינים חשובים רבים, כגון: לחץ אדים כמעט אפסי, חוסר-דליקות והעדר פעילות במגוון יישומים תעשייתיים או אלקטרוכימיים. “היציבות התרמית והאלקטרוכימית הגבוהות של נוזלים יוניים הן אשר עודדו את העניין ההולך והגובר בנוזלים יוניים לשימוש במגוון תהליכים אלקטרוכימיים,” אמר ד”ר Thomas Sutto. “סוגים חדשים אלו של תאים במצב מוצק מחקים תאים אלקאליים רגילים, אולם ללא הצורך בשימוש באלקטרוליטים משתכים.”

המגבלות הנכפות על השימוש באלקטרוליטים משתכים תכופות מובילות להגבלות רציניות על הצורה הגיאומטרית של סוללה רגילה והצורך במכלי סוללה מיוחדים העמידים לשיתוך. השימוש בנוזלים יוניים פעילים בתאים לא-מימיים מחליף את האלקטרוליטים האלקאליים המסוכנים יותר כגון תחמוצת מגנזיום (MgO) ואבץ (Zn) המצויים בסוללות רגילות.

המקור למחקר זה התגלה במהלך מחקרי שיתוך רגיל של מתכות שונות בנוזלים יוניים. בעודם עובדים עם נוזלים יוניים המבוססים על חומצות מינרליות, כגון מימן סולפאטים, החוקרים מצאו כי מתכת אבץ מגיבה לקבלת אבץ סולפאט. מאחר והתגובה דומה לזו המתרחשת באנודת אבץ בתא אלקאלי רגיל, החוקרים ערכו סדרת ניסויים על-מנת לקבוע כיצד תחמוצות מתכות שונות מגיבות בסוגים אלו של נוזלים יוניים.

הניסויים האלקטרוכימיים הראו כי לא רק שנוזלים יוניים פעילים אלו מתפקדים כאלקטרוליט/כמפרד הן בסוללות מוצקות והן בסוללות נוזליות, אלא שהם משמשים גם כצורונים מגיבים בתגובה האלקטרוכימית עצמה המתרחשת בתא. באמצעות שימוש בגישה לא-מימית זו עבור מקורות אנרגיה ראשוניים ושניוניים, ניתן לעצב את הסוללות ע”י חומרי אנודה וקטודה רגילים כגון די-תחמוצת המגנזיום (MgO2), די-תחמוצת העופרת (PbO2) ותחמוצת הכסף (AgO). הנוזל היוני שהיה בבסיס מחקר זה הינו 1-אתיל-3-מתילאימידאזוליום מימן סולפאט (EMIHSO4), אולם, ניתן להשתמש גם בנוזלים יוניים אחרים כמו אלו המבוססים על אניוני ניטראט ודי-מימן פוספאט עבור העיצוב של סוללות מסוג זה.

השימוש באלקטרוליטים אלו מציג את היכולת לפיתוחן של מערכות נטענות מחדש מסוגים חדשים שתוכלנה להחליף את האלקטרוליטים בתוך סוללות ניקל-מתכת הידריד (NiMH) או אפילו בסוללות רגילות של עופרת-חומצה.

הידיעה על המחקר