סוללות אבץ נטענות: התגברות על אתגרים ופתיחת הזדמנויות לקראת אחסון האנרגיה הבא-

ואילו הליתיום מוגבל מאוד, מרוכז פיזית, ויש לו בעיות רבות באבטחה (בריחה תרמית, שריפות); לאבץ יש הרבה יותר שימוש, עולה הרבה פחות ואין לו בעיית אבטחה.

סוללות אבץ פועלות על אלקטרוליטים מימיים ועל דליפת ממס של אלקטרוליטים נוזליים, המהווה סיכון בטחוני הקשור לתאי ליתיום-יון, המשתמשים בממיסים אורגניים; לכן, אבץ מספק קיבולת נפח תיאורטית גבוהה (5,855 Ah/L) ופוטנציאל חיזור נמוך, ובכך מושך ליישומי צפיפות אנרגיה גבוהה-.

כבר שנים רבות (יותר מכמה) סוללות נטענות מבוססות אבץ (בעיקר אבץ ניקל ואוויר אבץ) הן מוצרים מוגבלים בשל שלושת הבעיות העיקריות הבאות: היווצרות דנדריטים, התפתחות מימן עקב הטבע הטפילי של התגובה ושינוי צורות.

היווצרות הדנדריטים מתרחשת עם אבץ בשלב הטעינה. בעת טעינת סוללות אבץ משקע באופן לא אחיד האבץ יוצר מבנים דנדריטים שיכולים לעבור דרך המפריד של תא האבץ ולגרום לקצר חשמלי.

התגובה האלקטרוכימית המתרחשת בתא וייצור גז מימן היא תגובה נוספת שגורמת לאובדן לחות בתא הגורמת לחיי מחזור מוגבלים.

צורת אלקטרודת האבץ תשתנה במהלך תהליך הרכיבה, כאשר החומר הפעיל יפוזר מחדש וכתוצאה מכך לאובדן קיבולת וכשל מכני.

לסוללות אבץ יש בדרך כלל מגבלה ביחס למספר המחזורים לפחות מ-200 - 300 מחזורים עמוקים בהשוואה לסוללות Li-יון המספקות 1000 - 2000 מחזורים.

גל של מחקר בין-תחומי - המתפרש על מדעי החומרים, ננו-הנדסה ואלקטרוכימיה - מפרק באופן שיטתי את המחסומים הללו.

אנודות אבץ מובנות בתלת מימד:חוקרים מאוניברסיטת מרילנד ומעבדת המחקר של צבא ארה"ב פיתחו אנודות נקבוביות, ספוגיות כמו אבץ, המתאימות לשינויי נפח ומעודדות שקיעה אחידה, ובעצם מונעות צמיחת דנדריטים. אנודות אלו הדגימו למעלה מ-1,500 מחזורים בעומק פריקה גבוה.

תוספי אלקטרוליטים וציפוי "אבץ-פובי":הוספת כמויות עקבות של תוספים אורגניים או אנאורגניים (למשל, סודיום דודציל סולפט, תחמוצת ביסמוט) לאלקטרוליט משנה את המורפולוגיה של שקיעת האבץ. גישות מתקדמות יותר משתמשות בציפויים "אבץ-פוביים" המכוונים את השקיעה לשכבות מישוריות וצפופות.

מפרידי-ביצועים גבוהים:המפריד מרוכב פולימר-משלב ננו-צלולוזה- או מתכת-מסגרת אורגנית (MOF)-מפרידים מחוזקים המונעים חדירת דנדריטים תוך מתן אפשרות להובלה יונית מהירה.

דיכוי-תגובה בצד:חוקרים הוכיחו כי על ידי אופטימיזציה של השימוש ב-pH החיץ והוספת מעכבי קורוזיה (כגון תרכובות אינדיום או בדיל), חלה ירידה משמעותית בהתפתחות המימן כתוצאה מתגובות אלקטרוכימיות בלתי צפויות בסוללות אב-טיפוס מימן שפותחו לאחרונה עם יעילות קולומבית תפעולית של למעלה מ-99.7%.

עם ההתקדמות הללו, סוללות אבץ נטענות מוצאות את המקומות המתוקים המסחריים שלהן - לא ראש--ראש עם Li-יון ברכבי רכב חשמליים, אלא בשווקים מסיביים וחסרי שירות.

1. אחסון אנרגיה נייח (רשת ומגורים)

אחסון-לאורך זמן (4-12 שעות) נותר אתגר בשל העלויות הגבוהות של-יון ליתיום לכל קילוואט-שעת שימוש. לעומת זאת, לסוללות המבוססות על-אבץ - במיוחד אלו המשתמשות בכימיה של אבץ-אויר או אבץ-ברום - יש עלויות נמוכות יותר של חומרי גלם והוכחו כלא-דליקות, מה שהופך אותן למתאימים מאוד לגיבוי-בקנה מידה{31}4} סולארי{1}. חברות סטארט-אפ רבות- בסין ובארה"ב, כולל Eos Energy Enterprises ו-Zinc8 Energy Solutions, החלו לפרוס מערכות סוללה בקנה מידה מגה-וואט.-

2. ציוד לביש והתקני IoT

סוללות אבץ גמישות-דקות הן מועמדות מצוינות לשימוש במכשירים כגון שעונים חכמים, מדבקות רפואיות וחיישני סביבה. האלקטרוליט המימי בתוך סוללות אלה בטוח לשימוש על עור אנושי, והיכולת של הסוללות יכולה להיות מודפסת גם על מצעים גמישים אמורה להוביל למספר שיטות ייצור שהליתיום-יון לא יכול להתאים. לדוגמה, חוקרים מהאוניברסיטה הלאומית של סינגפור הדפיסו לאחרונה סוללת אבץ נטענת על עדשת מגע.

3. תחליף לעופרת-חומצה

סוללות-עופרת הן עדיין סוג הסוללה השולט לשימוש ככוח גיבוי, לשימוש בעגלות גולף ומלגזות, ובין היתר; עם זאת, בדרך כלל יש להם צפיפות אנרגיה נמוכה מאוד ומהווים איומים משמעותיים על הסביבה בשל הרעילות שלהם. מצד שני, נמצא כי סוללות אבץ אוגרות כמות כפולה של אנרגיה בהשוואה לסוללת חומצה-עופרת בהשוואה, בדרך כלל יהיו בעלות חיי מחזור ארוכים יותר מאשר סוללות חומצה עופרת, וניתן למחזר אותן ללא כל החומרים המסוכנים הקשורים לעופרת. רוב יצרני המלגזות בודקים כעת ערכות סוללות אבץ-ניקל.
 

אמנם אין להכחיש את ההתקדמות, אבל המסחור נשאר בסיבובים המוקדמים. האתגרים העיקריים שנותרו כוללים:

הגדלה של ייצור אלקטרודות אחיד- פריצות דרך במעבדה מסתמכות לרוב על תוספים אקזוטיים או עיבוד מורכב שמגדיל את העלות.

תְקִינָה- בניגוד ל-Li-יון עם-פורמטים 18650/21700 מבוססים, לסוללות אבץ חסרות גורמי צורה-ענפים.

חיים לוח שנה-ארוכי טווח- רוב המחקרים שפורסמו מראים חיי מחזור, אבל-הזדקנות בעולם האמיתי תחת טעינה חלקית, תנודות טמפרטורה ושימוש לסירוגין נותרה בלתי מוכחת.

עם זאת, ההשקעות מואצות. בשנת 2025 לבדה, מימון היזמות עבור סטארט-אפים של סוללות אבץ עלה על 400 מיליון דולר, וה-"Long Duration Storage Shot" של משרד האנרגיה האמריקני מתמקד באבץ ככימיה בראש סדר העדיפויות. סין, בינתיים, כללה סוללות אבץ-בתכנית החומש ה-14-שלה לאחסון אנרגיה.

למרות שסוללות אבץ מוגדרות כדרגה שניה-לליתיום יון, הן לא "יהרגו" ​​אותן; פשוט יהיו להם יישומים רבים שנחשבו לא כשירים לליתיום או שעבורם ליתיום יקר מדי בקנה מידה גדול או אפילו עלול להיות מסוכן בשימוש במוצרי צריכה. על ידי ניצול המאפיינים המאפיינים של סוללות אבץ בשילוב עם ההתקדמות האחרונה, הן יהיו הבסיס/גוש השני במערכת האקולוגית המתעוררת לאחר אחסון אנרגיה של ליתיום.