לכמה מהכימיקלים המבטיחים ביותר של הסוללות - שבתיאוריה, יכולות לאגור פי כמה יותר אנרגיה מאשר סוללות הליתיום-יון של ימינו ולעלות הרבה פחות - יש פגם קטלני. לא ניתן להטעין אותם לעתים קרובות מאוד לפני שהם מפסיקים לעבוד, מה שהופך אותם לחסרי תועלת עבור יישומים כגון כלי רכב חשמליים. כעת חוקרים בסטנפורד יצרו ננו-מבנים חדשניים שמגדילים מאוד את מספר הפעמים שניתן להטעין את אחת מהכימיות הללו, אפילו לרמות גבוהות מספיק עבור יישומים מסחריים רבים.
בעוד שדיווחי מחקר קודמים חגגו את היכולת להטעין סוללת ליתיום-גופרית 150 פעמים, החוקרים מסטנפורד הטעינו את הסוללה שלהם 1,000 פעמים ועדיין שמרו על קיבולת אחסון אנרגיה משמעותית. בתצורות רכב חשמלי מסוימות, זה יספיק כדי להחזיק מספר שנים. גרסאות מסחריות של הסוללות יכולות להכפיל את אחסון הסוללות בערך בהשוואה לסוללות ליתיום-יון, אומר יי קוי, פרופסור למדעי החומרים והנדסה בסטנפורד. הסוללות שמרו על 81% מהקיבולת שלהן לאחר 500 מחזורים ו-67% לאחר 1,000 מחזורים. Cui אומר שניתן לייצר את הננו-חומרים בשיטות פשוטות שמתאימות לייצור בנפח גבוה.
הננו-מבנים מטפלים בשתי בעיות עם סוללות ליתיום-גופרית קודמות. כאשר סוללות ליתיום גופרית נפרקות, גופרית מתאחדת עם ליתיום ויוצרות ליתיום גופרתי, וכאשר היא נטענת, גופרית נוצרת שוב. אבל התגובה לא ישירה. נוצרות מספר תרכובות ביניים הנקראות פוליסולפידים. אם הפוליסולפידים הללו נודדים אל מחוץ לאלקטרודה, התגובות אינן מושלמות, מה שמגביל את כמות האנרגיה שהסוללה יכולה לאגור. במהלך מספר מחזורי טעינה, מוצרי הביניים הללו מצטברים, ומפחיתים יותר את קיבולת הסוללה.
מספר חוקרים הוכיחו כי ננו-מבנים שונים יכולים לעזור ללכוד את הפוליסולפידים בתוך אלקטרודה, אך עיצובים אלה נתקלים בבעיה שנייה עם סוללות ליתיום-גופרית. הגופרית מתנפחת ויכולה לפגוע בננו-מבנים, מה שמאפשר לפוליסולפידים לברוח.
החוקרים התחילו בייצור ננו-חלקיקים כדוריים של גופרית וציפוים במעטפת טיטניום-אוקסיד שנועדה ללכוד את הפוליסולפידים כדי למנוע מהם לנדוד אל מחוץ לאלקטרודה. לאחר מכן הם המסו חלק מהגופרית, ויצרו חלל בתוך הקליפה. החלל הזה נותן לגופרית מקום להתרחב מבלי לסדוק את מעטפת טיטניום-אוקסיד.
למרות שהחומר עשוי להיות טוב מספיק עבור יישומים מסוימים, סוללות רכב חשמלי ישמרו באופן אידיאלי על 80% מהקיבולת שלהן עד 3,000 מחזורי טעינה, מה שיאפשר טעינה מלאה כמעט כל יום למשך כל חיי המכונית, כך שהחוקרים ממשיכים לחפש דרכים להגדיל את מספר המטענים ואת קיבולת אגירת האנרגיה הכוללת.
הקבוצה, שפרסמה את תוצאותיה היום בתקשורת טבע, פועלת גם כדי לטפל בחששות הבטיחות של מתכת הליתיום המשמשת בסוללות. (Cui גם מפתחת כימיה קשורה לסוללות --ליתיום גופרתי- זה נמנע משימוש במתכת ליתיום.)
"יש הרבה מחקר ואופטימיזציה שעדיין צריך להיעשות", אומר Cui.
