הפקת האנרגיה ממקורות ירוקים כמו שמש, רוח ומים מתפתחת בקצב מהיר והופכת לנפוצה יותר ויותר בעולם. אבל למרות ההתקדמות המרשימה, מסתתרת בעיה מהותית - לא ניתן להסתמך על מקורות אלו לאספקת אנרגיה רציפה. השמש לא זורחת בלילה, הרוח לא נושבת בכל רגע, והמים אינם זמינים תמיד במידה שווה. התוצאה היא שעדיין רוב ייצור האנרגיה בעולם נשען על מקורות מזהמים כמו פחם, גז ונפט.
כדי לפרוץ את המחסום הזה נדרש פתרון לאגירת אנרגיה - תחום שהפך לאחד האתגרים הבולטים בעולם המדע והטכנולוגיה. "רק כשנצליח לאגור אנרגיה בצורה אמינה, נוכל להיפרד מהדלקים המזהמים", מסביר ד"ר נתנאל שפיגל מהמחלקה למדעי הכימיה באוניברסיטת אריאל. "אנחנו חייבים פתרון שמאפשר להפיק חשמל ממקורות ירוקים ברגע שהם זמינים, ולשמור אותו לשימוש מאוחר יותר".
9 צפייה בגלריה
תא מדידה להערכת מתחי עבודה של אלקטרודות בתמיסות נתרן מימיות
(צילום: באדיבות אוניברסיטת אריאל)
הטכנולוגיה המובילה כיום לאגירת אנרגיה מבוססת על סוללות ליתיום - אך היא אינה חפה מבעיות. מצד אחד, מדובר בפתרון יעיל וכלכלי שכבש את עולם האלקטרוניקה והרכב החשמלי. מצד שני, יש בו גם חסרונות מהותיים.
ראשית, סוגיית הבטיחות. סוללות ליתיום נחשבות דליקות מאוד. "אי אפשר להשתמש בהן בצורה חופשית במקומות רגישים או מאוכלסים, בגלל הסיכון להתלקחות", מציין ד"ר שפיגל. בנוסף, קיים גם עניין אסטרטגי וכלכלי – הליתיום הוא משאב מוגבל שמרוכז בידיהן של מעט מדינות, ובראשן סין, המפיקה קרוב ל-80% מהליתיום העולמי. המשמעות: תלות גבוהה במקור יחיד, חשיפה למחסור ולעליות מחירים, וגם פגיעה בפיזור הגלובלי של משאבי האנרגיה.
בקבוצת המחקר של ד"ר שפיגל באוניברסיטת אריאל עובדים על פיתוח דור חדש של סוללות - כאלה שאינן מבוססות על ליתיום. "המטרה היא לבחור רכיבים זמינים, זולים, ידידותיים לסביבה ובטוחים לשימוש", מסביר ד"ר שפיגל. בין האלמנטים שנבחנים: נתרן, אבץ, ברזל ומנגן - כולם חומרים נפוצים וזמינים הרבה יותר מהליתיום.
המחקר מתמקד במיוחד בסוללות המבוססות על תמיסות מימיות. היתרון ברור: סביבה מימית היא בטוחה יותר, יציבה יותר ויכולה לאפשר שימוש בטוח גם במקומות מאוכלסים. עם זאת, היא גם מציבה אתגרים ייחודיים. "חומרים רבים נוטים לעבור תהליכי קורוזיה במים", מסביר ד"ר שפיגל. "המשמעות היא שאנחנו חייבים לבחור בקפידה את החומרים שמרכיבים את הסוללה – גם החומרים הפעילים שמייצרים את האנרגיה וגם החומרים הלא פעילים שמספקים את המבנה והיציבות".
את המחקר מובילים חוקרים משלוש אוניברסיטאות ישראליות: אוניברסיטת אריאל, האוניברסיטה העברית בירושלים ואוניברסיטת בר-אילן. במסגרת שיתוף הפעולה עם ד"ר דניאל שרון מהאוניברסיטה העברית, נבחנים היבטים שונים של פעילות סוללות מימיות.
9 צפייה בגלריה
תא מדידה להערכת מתחי עבודה של אלקטרודות בתמיסות נתרן מימיות
(צילום: באדיבות אוניברסיטת אריאל)
לצד זאת, שיתוף פעולה עם פרופ' דורון אורבך מאוניברסיטת בר-אילן הוליד פריצת דרך יישומית: לפני כשנה הוקמה חברת סליון, שעוסקת בפיתוח סוללות מימיות המבוססות על יוני נתרן. "פיתחנו סוללות שמסוגלות לעמוד בעומסים גבוהים, להיטען ולהיפרק בתוך שניות ספורות, ולשמור על יציבות לאורך עשרות אלפי מחזורים", מסביר ד"ר שפיגל.
יתרון משמעותי נוסף הוא עמידות בפני קורוזיה – מה שמאפשר פעולה ארוכת טווח ואמינה. "אנחנו מדברים על טכנולוגיה שיכולה להיות גם ירוקה יותר וגם בטוחה יותר מסוללות ליתיום", מוסיף ד"ר שפיגל.
כיום מתמקדים החוקרים בפיתוח מערכות גיבוי אנרגיה עבור מרכזי נתונים – תחום המתפתח בקצב מסחרר עם עליית הבינה המלאכותית, הזרמת הווידאו ושירותי הענן. מרכזי הנתונים זקוקים לאספקת חשמל רציפה, וכל הפסקה עלולה לגרום לנזקים עצומים.
"הדרישה לאנרגיה יציבה רק הולכת וגדלה", אומר ד"ר שפיגל. "הטכנולוגיה שאנחנו מפתחים מתאימה בדיוק לצורך הזה – היא מאפשרת טעינה ופריקה מהירות, יציבות ובטיחות גבוהה".
החזון של ד"ר שפיגל ועמיתיו אינו להחליף את סוללות הליתיום, אלא להציע פתרון משלים - אספקת ואגירת חשמל במחיר נגיש, באופן בטיחותי וידידותי לסביבה. לדבריו של ד"ר שפיגל, סוללות ליתיום מאפשרות צפיפות אנרגטית נפחית ומשקלית גבוהה, ולכן הן קריטיות ליישומים בהם יש מגבלת נפח או משקל, דוגמת רכבים חשמליים או התקנים אלקטרונים ניידים (פלאפון, מחשב נייד וכו').
לעומת זאת, עבור יישומים רבים בהם מגבלת הנפח אינה קריטית אך נדרשת בטיחות גבוהה, יציבות, והספקים גבוהים, טכנולוגיה זו מספקת יתרונות משמעותיים. "החלום הגדול שלנו הוא לראות טכנולוגיה ירוקה, בטוחה ונגישה שמספקת חשמל לא רק למכשירים האישיים שלנו, אלא גם לערים שלמות", מסכם ד"ר שפיגל.
