טכנולוגיה לייצור סוללות עמידות
המכון הקוריאני למחקר תקנים ומדע (Korea Research Institute of Standards and Science - KRISS) פיתח טכנולוגיית חומרים מרכזית שעשויה להאיץ במידה רבה את המסחור של סוללות מצב־מוצק מלאות, הנחשבות לדור הבא של סוללות בעלות בטיחות אינהרנטית, ללא סיכון לשריפה או פיצוץ.
קבוצת המחקר למדידת חומרים מתקדמים ב־KRISS הדגימה ייצור של ממברנות אלקטרוליט מוצק בצפיפות גבוהה בשטח גדול באמצעות שיטה שבה מצפים אבקות אלקטרוליט מוצק בתרכובות רב־תכליתיות. לפי המכון, שיטה זו מאפשרת להפחית את עלויות הייצור לעשירית בלבד מהעלויות המקובלות כיום.
סוללות ליתיום־יון נטענות, המשמשות כיום באופן נרחב בכלי רכב חשמליים ובמערכות אגירת אנרגיה, מבוססות על אלקטרוליטים נוזליים דליקים ולכן חשופות לסכנת שריפה ופיצוץ. במקרים רבים, לאחר הצתה, קשה מאוד לכבות את האש. בשנים האחרונות אירעו כמה תקריות, ובהן שריפה במרכז נתונים ממשלתי ופיצוצים הקשורים לסוללות של כלי רכב חשמליים, שהמחישו את הצורך הדחוף בפיתוח טכנולוגיות סוללה בטוחות יותר.
סוללות מצב־מוצק מחליפות את האלקטרוליט הנוזלי באלקטרוליט מוצק שאינו דליק, ובכך משפרות באופן יסודי את רמת הבטיחות. מבין פתרונות אלה, סוללות מצב־מוצק מבוססות תחמוצות זוכות לתשומת לב מיוחדת בזכות צפיפות אנרגיה גבוהה והיעדר סיכון לפליטת גזים רעילים - תופעה אפשרית במערכות מבוססות סולפידים.
סוללות מצב־מוצק מבוססות תחמוצות נשענות על אלקטרוליטים מוצקים מסוג גרנט כחומר הליבה שלהן. חומרים אלה מצטיינים בהולכה יונית גבוהה וביציבות כימית, אך ייצור ממברנות אלקטרוליט איכותיות מחייב תהליך סינטור בטמפרטורות של יותר מ־1,000 מעלות צלזיוס. במהלך תהליך זה ליתיום מתאייד - רכיב מרכזי במבנה האלקטרוליט - והתופעה פוגעת ביציבות המבנית, מקשה את ייצור הממברנות בשטח גדול וגורמת ירידה בהולכה היונית ועלייה בהתנגדות הממשק.
עד כה נעשה ניסיון לצמצם את התאיידות הליתיום באמצעות כיסוי הממברנות בכמות גדולה של "אבקת־אם" עשירה בליתיום במהלך הסינטור. אולם שיטה זו גורמת בזבוז של יותר מפי עשרה חומר יחסית לכמות הממברנה המתקבלת בפועל, מייקרת את הייצור ומהווה חסם ממשי למסחור.
צוות המחקר ב־KRISS פיתח פתרון חדש: טכניקת ייצור שבה אבקות האלקטרוליט מצופות בשכבה דקה של תרכובות רב־תכליתיות מבוססות ליתיום־אלומיניום־תחמוצת (Li-Al-O). שכבת הציפוי מספקת ליתיום במהלך הסינטור, מונעת את התאיידותו ובד בבד מחזקת את הקשר בין החלקיקים באמצעות אפקט דמוי הלחמה. בכך היא מאפשרת דחיסות מרבית של הממברנה.
באמצעות השיטה החדשה הושגה צפיפות של יותר מ־98.2% ללא שימוש באבקת־אם יקרה, לצד ממברנות אלקטרוליט חזקות, נטולות פגמים כימיים ומכניים, עם שיפור של יותר מפי שניים בהולכה היונית לעומת חומרים קונוונציונליים. ההולכה האלקטרונית של הממברנה הופחתה ביותר מפי 20, מה שמקטין במידה רבה את הסיכון לדליפת זרם פנימית ומשפר את היעילות והבטיחות של הסוללה.
הצוות הצליח גם לייצר ממברנות אלקטרוליט בשטח של 16 ס"מ רבוע - יותר מפי עשרה מהמקובל בניסויי מעבדה - תוך שיעור תפוקה חריג של 99.9%.
חוקר בכיר בקבוצת המחקר ציין, כי ההישג פותר בעיות חומרים וייצור שנותרו ללא מענה במשך יותר משני עשורים במחקר אלקטרוליטים מסוג גרנט, וצפוי להאיץ במידה רבה את המסחור של סוללות מצב־מוצק מבוססות תחמוצות בשווקי הרכב החשמלי ואגירת האנרגיה.
