חומרים חדשים לאיחסון אנרגיה ירוקה

"המטרה היא לפתח שיטה לאיחסון נייח, שתסייע בשילוב לסירוגין של אנרגיה סולארית ואנרגיית רוח לתוך רשת החשמל",

"דמיינו מצב שאתם ממלאים את מיכל הדלק באבקות מתכת ומימן, או מאירים את ביתכם באמצעות סוללות שנטענו במהלך היום באנרגיה שמקורה ברוח ובשמש", אומרת סברינה סרטורי, פרופ' אורח שעובדת עם פרופ' רשף טנא מהמחלקה לחומרים ופני שטח במכון ויצמן למדע. שיתוף הפעולה שלהם התאפשר הודות למענק מהתוכנית לסגל אורח שמעניקה קרן מדרשת פיינברג.

בין תחומי מחקרה עוסקת פרופ' סרטורי – המתגוררת בנורווגיה – בחומרים לייצור סוללות, אשר יוכלו לאחסן ביעילות אנרגיה שנוצרה בתאים סולאריים במהלך שעות היום. העבודה של פרופ' טנא וקבוצתו משכה את תשומת ליבה כאשר בדקה אפשרויות לשיתוף פעולה עם מדען מהמכון. פרופ' סרטורי התעניינה במיוחד בשיטות החדשות שפיתח פרופ' טנא לייצור ננו-צינורות אי-אורגניים. פרופ' טנא, לעומת זאת, ראה באפשרות לעבודה משותפת הזדמנות להוביל את המחקר של קבוצתו לכיוונים חדשים ומבטיחים.

"המטרה היא לפתח שיטה לאיחסון נייח, שתסייע בשילוב לסירוגין של אנרגיה סולארית ואנרגיית רוח לתוך רשת החשמל", אומרת פרופ' סרטורי. "עבור שימוש זה, סוללות יוני ליתיום אינן הבחירה הטובה ביותר, בגלל עלותן הגבוהה והמחסור בליתיום. הנתרן, בניגוד לליתיום, הוא זול יחסית וזמין בכל רחבי העולם". למרות זאת, יש חיסרון לסוללות הנתרן הקיימות: הן פועלות בטמפרטורות גבוהות (250 מעלות צלסיוס ומעלה), ומחייבות תיכנון הנדסי שמייקר את העלויות במידה ניכרת. מסיבה זו קיים תמריץ עצום לפיתוח סוגים חדשים של סוללות המבוססות על נתרן. אחד האתגרים המדעיים הגדולים ביותר בתחום זה הוא ייצור אלקטרודות בעלות יעילות גבוהה במיוחד.

החומר שממנו עשויות האלקטרודות השליליות (אנודות) בסוללות אלה הוא גרפיט, אולם מדענים מחפשים חומרים חלופיים, אשר עשויים לשפר את התפוקה. "בעזרת פרופ' טנא ותלמיד המחקר מקבוצתו, גל רדובסקי, אנחנו מנסים לייצר משפחה חדשה של ננו-צינורות אי-אורגניים, שיתפקדו כאנודות חדשניות", מסבירה פרופ' סרטורי. פרופ' טנא וצוותו הם חלוצים בתחום הננו- מבנים – או ננו-צינורות – המיוצרים מתרכובות אי-אורגניות. דרך אחת שבה הם יוצרים אותם ננו-מבנים אי-אורגניים היא באמצעות תרכובות שהשכבות שהן יוצרות אינן מתאימות, אלא מונחות לסירוגין במבנים ובהרכבים כימיים שונים. מכיוון שיחסי הגומלין בין השכבות הם חלשים, ניתן להחדיר יוני נתרן בין השכבות, וכך ליצור מעין "מעבורת" להעברת חשמל.

לדברי פרופ' סרטורי, המטרה היא ליצור ננו-רכיבים בעלי יכולת איחסון גבוהה ומחזורי טעינה רבים. "ייצורם אמנם מאתגר, אבל אנחנו מאמינים שננו-מבנים אי-אורגניים מסוג זה עשויים לפתוח פתח ליישומים רבים, בעיקר בתחומי האנרגיה והחשמל. מחקרים אלה עשויים להתפתח לכדי תחום חדש, ולחזק את שיתוף הפעולה בין ישראל לנורווגיה בשנים הבאות – שיתוף פעולה למען ייצור אנרגיה נקיה בעתיד", היא אומרת.

אנרגיות גבוהות
במסלול מחקר נוסף חוקרת פרופ' סרטורי חומרים נקבוביים בקנה מידה ננו-מטרי, בהם אפשר יהיה אולי להשתמש לאיחסון מימן בסוללות או בכלי רכב מונעים במימן. פרופ' סרטורי, ילידת איטליה, עברה לנורווגיה בשנת 2006, והתמנתה באחרונה לפרופ' חבר באוניברסיטת אוסלו ובמרכז האוניברסיטאי UNIK. שם היא לוקחת חלק במאמץ בין-לאומי לתכנן ולייצר אבקות גבישיות מיוחדות, אשר מסוגלות לאחסן מימן בצפיפויות גבוהות יותר משיטות האיחסון הקיימות כיום – המבוססות על מימן דחוס או נוזלי. היעד, לדבריה, הוא מכלי דלק קטנים יותר, לחץ נמוך יותר ושיפור הבטיחות. במחקריה העוסקים בתרכובות מימן מוצקות, הקרויות "הידרידים", היא מנסה להבין את המבנה שלהם, ובמיוחד את מיקומו המדויק של המימן – אתגר משמעותי, כיוון שמימן הוא הקל ביותר מבין האטומים. בנוסף לכך, פרופ' סרטורי מכהנת כחוקרת שותפה בכור האטומי JEEP II הפועל במכון הנורווגי לטכנולוגיית אנרגיה, שם היא מבצעת ניסויי הדמיה באמצעות נייטרונים.