חוקרים מהטכניון פיתחו סוללת טיטניום-אוויר
28 מרץ, 2023
הסוללות שיעילותן הודגמה במחקר הנוכחי, ידידותיות יותר לסביבה, בטוחות לשימוש ומאופיינות בצפיפות אנרגיה גבוהה. טיטניום הוא יסוד כימי נפוץ, ומדורג במקום התשיעי ברשימת החומרים הנפוצים בקרום כדור הארץ
בתמונה למעלה: פרופ' יאיר עין-אלי לצד אילוסטרציה גרפית של תכונות סוללת הטיטניום-אוויר
חוקרים בטכניון ובמכון יוליך בגרמניה פיתחו סוללת טיטניום-אוויר חדשנית, ואימתו את יעילותה באופן ניסויי. הסוללה פותחה בשיתוף פעולה בין ד"ר יאסין אמרי דורמוס, ממכון יוליך למחקרי אנרגיה ואקלים, פרופ' רודיגר אייכל ופרופ' יאיר עין-אלי מהפקולטה למדע והנדסה של חומרים בטכניון. תוצאות המחקר פורסמו Chemical Engineering Journal. סוללות הן התקנים הממירים אנרגיה כימית לאנרגיה חשמלית באמצעות אלקטרוליט (חומר מוליך יונים) ושתי אלקטרודות הטבולות בתוכו. אחת האלקטרודות (זו שהמתח בה נמוך) מוסרת אלקטרונים במעגל החיצוני (המפעיל את הציוד החשמלי), והאלקטרודה השנייה מקבלת את האלקטרונים.
התהליך האלקטרוכימי מתרחש בתוך המדיום האלקרוליטי המכיל יונים, וכך נוצר הזרם החשמלי הכולל הדרוש להפעלת המיכשור האלקטרוני ולפריקת התא (הסוללה). סוללות מתכת-אוויר הן משפחה של סוללות שבהן אחת מהאלקטרודות עשויה ממתכת פעילה (בעלת מתח נמוך מאוד), והאלקטרודה האחרת היא ממברנה דקיקה המאפשרת כניסה ותגובה של אוויר, וליתר דיוק חמצן. מאחר שהחמצן מגיע מהאטמוספירה אין צורך לאגור אותו, ובכך נחסכים מקום (נפח) ומשקל יקרים בתוך הסוללה. מכאן שתכולת האנרגיה של סוללה מסוג זה אמורה להיות גבוהה יותר בהשוואה לסוללות אחרות.
יסוד נפוץ ועתיר אנרגיה
אם כן, מהי המתכת האופטימלית לסוללות מתכת-אוויר? עד היום נחקרו בעיקר ליתיום, אבץ, ברזל, אלומיניום וסיליקון. סוללות אבץ-אוויר, לדוגמה, כבר משמשות בהתקני בקרה, בחיישנים ובמכשירי שמיעה, אולם הן מאופיינות בצפיפות אנרגיה נמוכה, ולפיכך הן מספקות אנרגיה לזמן קצר יחסית. סוללות טיטניום-אוויר, שיעילותן הודגמה במחקר הנוכחי, מאופיינות בצפיפות אנרגיה גבוהה בהרבה, ולכן הן צפויות לספק תכולת אנרגיה למשך זמן כפול ויותר.
יש לציין שטיטניום הוא יסוד כימי נפוץ, ומדורג במקום התשיעי ברשימת החומרים הנפוצים בקרום כדור הארץ. טיטניום ידועה גם כמתכת חסינה, יציבה ועמידה ביותר, שאינה מגיבה עם הסביבה ואפילו לא עם מגיבים אגרסיביים ביותר, וזאת בשל העובדה שטיטניום מכוסה בשכבת הגנה תחמוצתית יעילה ועמידה מאוד. החוקרים הצליחו להסיר את שכבת ההגנה החזקה של הטיטניום בלבד, תוך שימוש באלקטרוליט ייחודי שהם פיתחו, ועל-ידי כך יכלו לרתום את הפוטנציאל הכימי של מתכת הטיטניום החשופה לצורכי המרה לאנרגיה חשמלית. בניסויים הם הדגימו תכולת אנרגיה חשמלית גבוהה במאות אחוזים מזו של סוללות אבץ-אוויר.
לקריאת המאמר: Breaking the passivity wall of metals
פורסם בקטגוריות: אנרגיה וסביבה , חדשות , מדע
פורסם בתגיות: טיטניום , טכניון , סוללה
כתבות נוספות העשויות לעניין אותך
