במשך שני עשורים חיפשו מדענים דרך לעקוף את מגבלות הליתיום, השליט הבלתי מעורער של שוק הסוללות. כעת נראה כי יפן מצליחה להחזיר לתמונה מועמדת ישנה־חדשה: המגנזיום.
הישג מחקרי שפורסם השבוע מציג אבטיפוס של סוללת מגנזיום הפועלת בטמפרטורת החדר - צעד משמעותי בדרך להחלפת סוללות הליתיום־יון במערכות אגירת אנרגיה, כלי רכב חשמליים ואלקטרוניקה צרכנית.
מה מייחד את המגנזיום?
מגנזיום הוא מתכת נפוצה, יציבה ובטוחה לשימוש - בניגוד לליתיום הדליק והיקר. היא אינה רעילה, זמינה בכמויות גדולות בקרום כדור-הארץ, ובעלת פוטנציאל תיאורטי לאגירת אנרגיה גבוהה יותר לכל נפח חומר. יתרון נוסף הוא שמגנזיום נושא שני אלקטרונים לכל יון, מה שמגדיל את צפיפות האנרגיה לעומת הליתיום הנושא רק אחד.
האתגר המרכזי: תנועת היונים
עד כה, מגבלה עיקרית מנעה את השימוש המעשי במגנזיום - האיטיות שבה נעים היונים בתווך האלקטרוליטי. תופעה זו, המכונה "ניידות יונים איטית", גרמה לכך שסוללות מגנזיום פעלו ביעילות רק בטמפרטורות גבוהות או בתנאים מעבדתיים קיצוניים. החוקרים מדווחים כי הצליחו לעקוף את הבעיה באמצעות תכנון אלקטרוליט חדש, שמאפשר ליוני המגנזיום לנוע בחופשיות גם בטמפרטורת החדר.
השוואה לליתיום ולנתרן
בדומה לסוללות נתרן שנמצאות בשלבי פיתוח מתקדמים, גם המגנזיום עשוי לשמש תחליף בר־קיימא וזול לליתיום, במיוחד בתעשיות שבהן דרושה אמינות ובטיחות. אך בניגוד לנתרן, למגנזיום יתרון נוסף - צפיפות אנרגיה גבוהה יותר ופוטנציאל למערכות קטנות וקלות יותר.
המשמעות הגלובלית
הצלחת האבטיפוס עשויה לשנות את מאזן הכוחות בעולם אגירת האנרגיה. בעוד שסין מובילה כיום בייצור סוללות ליתיום, יפן שואפת ליצור קו ייצור עצמאי המבוסס על מגנזיום - חומר שניתן לכרות באסיה בכמויות גדולות ובעלות נמוכה. אם תצליח התעשיה להמיר את ההישג המעבדתי לייצור מסחרי, צפויה ירידה חדה בעלויות האגירה ובתלות העולמית בליתיום.
למרות שהדרך ליישום תעשייתי עוד ארוכה, ההצלחה הנוכחית מחזירה את סוללות המגנזיום למרכז הדיון המדעי. אם המכשולים ההנדסיים ייפתרו, ייתכן שבעתיד הלא רחוק נטעין את הטלפון או את הרכב שלנו - לא בליתיום, אלא במגנזיום.