פריצת דרך בקתודות

יצרנית הסוללות הדרום־קוריאנית אס־קיי און (SK On) מדווחת על פריצת דרך ממשית במחקר חומרים לקתודות. החברה, בשיתוף אוניברסיטת סיאול הלאומית (Seoul National University), הצליחה לפתח אלקטרודת קתודה חד־גבישית בצפיפות גבוהה ובשטח גדול.

כיום יצרני סוללות משתמשים בחומרי קתודה רב־גבישיים המורכבים ממספר גבישים המאוגדים בכל חלקיק. במהלך תהליך הקלנדרינג (אחד השלבים הקריטיים בייצור סוללות ליתיום) או במחזורי טעינה ופריקה, הממשקים בין הגבישים עלולים לגרום להיווצרות סדקים ולפליטת גזים.

חומרי קתודה חד־גבישיים מורכבים מחלקיקים שכל אחד מהם יוצר גביש יחיד. מבנה זה הופך אותם לפחות מועדים להיסדקות, משפר את היציבות ואת חיי המחזור ותורם ליציבות כללית גבוהה יותר ולצפיפות אנרגיה משופרת. אס־קיי און וצוות מחקר בראשות פרופ' קיסוק קאנג (Kisuk Kang) מאוניברסיטת סיאול הלאומית הצליחו כעת לפתח חומרי קתודה חד־גבישיים מסוג זה.

סינתזה של חומרי קתודה חד־גבישיים המשלבים גודל חלקיקים גדול וגם יציבות מבנית נחשבת לאתגר ממשי. הדבר נכון במיוחד לקתודות עתירות ניקל המצריכות טיפול חום בטמפרטורה גבוהה לזמן ארוך לצורך יצירת גביש יחיד. תהליך זה עלול לגרום אי־סדר קטיוני אשר מביא לפגיעה בביצועי הסוללה ובחיי המחזור שלה.

כדי להתמודד עם אתגרים אלה פיתחו החוקרים של אס־קיי און ואוניברסיטת סיאול שיטת סינתזה חדשה. השיטה מאפשרת לייצר חלקיקי קתודה חד־גבישיים בעלי גרעין גדול ויציבות מבנית גבוהה. באמצעות שלב ביניים הכולל קתודות נתרן ולאחריו תגובת חילוף יונים לליתיום, החוקרים הצליחו ליצור קתודות עתירות ניקל במיוחד, עם גודל חלקיקים של כעשרה מיקרומטרים ומינימום פגמים מבניים. חלקיקים אלה גדולים פי שניים כמעט מאלה של חומרי קתודה קונוונציונליים.

מלבד צפיפות אנרגיה גבוהה, לקתודות החדשות הייתה יציבות מכנית וכימית מצוינת. הודות להיעדר אי־סדר קטיוני, נרשמה בהן רמת מאמץ מבני נמוכה יותר, פליטת גזים הנמוכה פי 25 מזו של קתודות רב־גבישיות והושגה צפיפות אנרגיה של עד 77% מהצפיפות התאורטית של הגביש.

"מחקר זה מדגים בבירור את התחרותיות הטכנולוגית של אס־קיי און בתחום חומרי הסוללות", אמר ד"ר קיסו פארק (Kisoo Park), ראש מכון הטכנולוגיות העתידיות של החברה. "נמשיך לחזק את ההובלה הטכנולוגית שלנו באמצעות מחקר ופיתוח חדשניים בשיתוף האקדמיה."

אס־קיי און ואוניברסיטת סיאול הלאומית כבר מתכננות מחקרי המשך לקידום חומרי הקתודה מהדור הבא. מחקרים אלה יבחנו הרכבים של חומרים מתקדמים אף יותר ושיטות סינתזה חדשות. החוקרים גם שואפים לשלב חלקיקים חד־גבישיים במגוון גדלים ביחסים אופטימליים כדי להגדיל אף יותר את צפיפות האנרגיה.

לפרטים נוספים