פריצת דרך בסוללות

טכנולוגיית הסוללות ברכבים ובציוד אלקטרוני עוברת התפתחויות נקודתיות: לעיתים יוצרים שיפורים קטנים, ולעיתים מופיעות קפיצות טכנולוגיות גדולות. אחת הקפיצות המרכזיות ביותר הנראות כעת באופק נוגעת להחלפת אנודת הגרפיט בסוללות ליתיום יון - רכיב האחראי לאחסון האלקטרונים בזמן טעינה - באנודת סיליקון עתירת אנרגיה. כבר שנים שמדענים וחברות סוללות מחפשים חלופה יעילה יותר לגרפיט, וחברת Group14, הנתמכת על ידי פורשה, מאמינה שהפתרון נמצא בסיליקון. כעת, בשיתוף עם חברת סיוניק (Sionic Energy) מניו יורק, היא מציגה הוכחת היתכנות בעלת משמעות.

שתי החברות הודיעו על תוצאות מחקר משותפות המלמדות כי לאנודות המיוצרות מ־100 אחוז סיליקון פחמן הייתה יציבות תרמית וביצועית בתנאי טעינה, פריקה ואחסון בטמפרטורות גבוהות - 45 מעלות צלזיוס ו־60 מעלות צלזיוס. הן נוסו בתאים ייחודיים בנפחים של 4 אמפר־שעה, 10 אמפר־שעה ו־20 אמפר־שעה. לטענתן, התוצאות מלמדות על ביצועים יציבים גם תחת עומסים קיצוניים.

האנודה היא החלק האחראי לכך שסוללה יכולה לאגור כמות אנרגיה גבוהה ולהיטען במהירות. גרפיט שימש במשך שנים כחומר מועדף הודות ליציבותו ולתכולת האנרגיה הגבוהה שהוא מספק. אלא שהפקתו כרוכה בזיהום סביבתי, בעלויות גבוהות ובתלות גיאופוליטית. סין שולטת בשרשרת האספקה העולמית ומעבדת כ־90 אחוז מהגרפיט העולמי. כדי לצמצם תלות זו, חברות סוללות במערב מחפשות תחליפי גרפיט כגון סיליקון או גרפיט סינתטי.

האנודה היא גם הרכיב הגדול ביותר בנפח הסוללה ותורמת במידה הרבה ביותר למשקל הכולל של החבילה. לפי האיגוד האירופי לפחמן וגרפיט, בסוללה טיפוסית יש יותר גרפיט מליתיום או מחומרי קתודה פעילים כגון ניקל, קובלט או מנגן. החלפתו בסיליקון עשויה לצמצם את משקל החבילה ולהקטין את ממדיה בלי לפגוע בצפיפות האנרגיה או בטווח.

החברות טוענות כי האנודות החדשות מאפשרות להשיג צפיפות אנרגיה של עד 400 ואט־שעה לקילוגרם - גבוה בהרבה מהטווח המקובל כיום, 300-200 ואט־שעה לק"ג. הן מדווחות על אורך חיים של יותר מ־1,200 מחזורי טעינה. שתיהן מכירות בחסרונות של הסיליקון, בהם התנפחות, התרחבות תאים ואובדן קיבולת בלתי הפיך, אך לטענתן אלה נפתרו באמצעות דבק אנודה ייחודי של סיוניק ועיצוב חדש של מבנה האנודה.

Group14 מוסיפה, כי האנודה שלה מסוגלת לאפשר טעינה מלאה בתוך פחות מ־10 דקות, בהתאם לסוג התא והיישום. היא מדווחת גם על תוספת של כ־55 אחוז קיבולת אנרגטית לעומת סוללות סטנדרטיות. יתרון מהותי נוסף הוא האפשרות לשלב את האנודות בפסי ייצור קיימים ללא שינוי בתהליכים או במכונות. בסיוניק סבורים שהאנודה של החברה תגיע לרכבים חשמליים כבר בשנה הקרובה, ולאחר מכן למערכות אגירת אנרגיה ב־2027.

לפרטים נוספים