תכנון מערכות אלקטרוכימיות לצבירה ולהמרה של אנרגיה לנוכח האתגרים שבהנעה החשמלית ובשימוש באנרגיה מתחדשת

בחיים המודרניים קיימת תלות רבה בזמינותם של מקורות כוח חשמליים שיכולים לספק אנרגיה בצורה אמינה ובטוחה לציוד ולמכשור אלקטרוני נייד. בעשרות השנים האחרונות אנו נהנים מהצלחות ניכרות בפיתוח סוללות נטענות עתירות אנרגיה ואמינות, המאפשרות שימוש נרחב בטלפונים ובמחשבים ניידים. בד בבד עם הצרכים האלקטרוניים, מתפתחים בשנים האחרונות אתגרים נוספים בנושאי צבירה והמרה של אנרגיה: השימוש הנרחב בדלקים מתכלים לתחבורה ולייצור חשמל יוצר זיהום אוויר מסוכן במרכזים עירוניים רבים, ומשנה את אקלים כדור הארץ. לפיכך, נדרש מעבר לתחבורה חשמלית, המונעת על-ידי מקורות כוח אלקטרוכימיים, ונדרש שימוש נרחב ככל האפשר באנרגיה מתחדשת (בעיקר שמש ורוח). המאמר שלנו דן באתגרים הללו. אנו מתארים צורכי אנרגיה חשובים, וסוקרים מקורות כוח המתאימים להם. המאמר מתמקד בסוללות, בדגש על סוללות ליתיום נטענות, שמובילות מבחינת צפיפות אנרגיה. אנו מתארים סוללות ראשוניות ושניוניות, סוללות יוני ליתיום החשובות להנעה חשמלית, מערכות במחקר מתקדם כמו ליתיום-גפרית וליתיום חמצן, סוללות לצבירה ולהמרה של אנרגיה מתחדשת כגון סוללות זרימה, סוללות נתרן-גפרית (טמפרטורות גבוהות), וקבלי-על, שהם מערכות נטענות עם צפיפות הספק גבוהה מאוד, הפועלות על-ידי אינטראקציות אלקטרוסטטיות הכוללות ספיחת יונים על פני אלקטרודות בעלות שטח פנים גבוה, ללא תגובות חמצון-חיזור. למאמר מתלווים ששה נספחים חשובים המרחיבים בנושאים הבאים: השוואת ביצועי סוללות, סוגי אלקטרודות לסוללות יוני ליתיום, סוללות ליתיום-גפרית וליתיום-חמצן בעלות צפיפות אנרגיה גבוהה, מערכות לצבירה והמרה של אנרגיה מתחדשת הכוללות סוללות נייחות, סוללות זרימה וקבלי–על. (מתוך המאמר)