אנרגיה חדשה: סוללות העתיד

סוללות מניעות כיום הכל, מקוצבי לב זעירים ועד למנועים של כלי רכב חשמליים, לרבות משאיות; כמעט כל מוצר חשמלי שאינו מחובר לקיר מונע על-ידי סוללות. אנחנו נוטים לקבל אותן כמובן מאליו, אך לסוללות יש "קרביים" מורכבים למדי. שיפור ביצועיהן – היכולת שלהן להמשיך לעבוד למשך זמן רב יותר ולאגור אנרגיה ממקורות שונים – היא נישה מחקרית שהופכת לאטרקטיבית יותר ויותר עבור מדענים ברחבי העולם. אחת מהם היא ד"ר מיכל לסקס, שהצטרפה למחלקה לחומרים ופני שטח במכון ויצמן ביולי 2015. היא מתמקדת בחקר סוללות נטענות, כגון סוללות ליתיום-יון המניעות מגוון רחב של מוצרי אלקטרוניקה, החל במחשבים ניידים וטלפונים סלולריים ועד לרכבים חשמליים והיברידיים.

ד"ר לסקס סיימה את לימודי הדוקטורט שלה במכון, במהלכם תרמה לחידושים בחקר תהודה מגנטית גרעינית (NMR) במצב מוצק במעבדתו של פרופ' שמעון וגה מהמחלקה לפיסיקה כימית. כמהלך הפוסט-דוקטורט שלה באוניברסיטת קיימברידג' באנגליה, היא ניצלה את עוצמות טכנולוגיית ה- NMR כדי לחקור את דרכי הפעולה הפנימיות של סוללות ליתיום-יון וליתיום-אוויר ועקבה אחר הדינמיקה של מולקולות, יונים ומטענים חשמליים שנוצרו באלקטרודות של הסוללות במהלך הטעינה והפריקה. מידע מסוג זה חיוני להבנת תהליכים, אשר משפיעים מהותית על ביצועי הסוללה, כגון דעיכת קיבולת וטעינה בלתי-יעילה. לסוג זה של מחקר בסיסי יש פוטנציאל להוביל לאסטרטגיות חדשות לשיפור טכנולוגיית סוללות.

ד"ר לסקס גדלה בראש פינה המשקיפה על הכנרת. היא זוקפת את העניין שלה במדעים לזכות מורה שלה לכימיה בתיכון, כמו גם את העובדה שאותה מורה דחקה בה לצאת עם בעלה לעתיד, שי – חברהּ לספסל הלימודים. "באופן טבעי, התעלמתי מהעצה שלה. מה כבר מורות מבינות בבנים?" היא מתלוצצת. אך מספר שנים לאחר מכן, בעת שירותה הצבאי, בעוד הם חולקים נסיעה ארוכה באוטובוס לכיוון בסיסיהם – שלה בנגב, שלו בתל-אביב – הניצוץ הוצת. היא המשיכה ללמוד לתואר ראשון בכימיה באוניברסיטת תל אביב; שי הפך למתכנת מחשבים.

כסטודנטית לתואר ראשון, ד"ר לסקס בילתה קיץ אחד בקמפוס מכון ויצמן, בתכנית הקיץ לתלמידי תואר ראשון ע"ש קופסינט-גץ, ועבדה במעבדתו של מנחהּ העתידי לדוקטורט, פרופ' וגה. ד"ר לסקס נמשכה לתחום של חקר NMR שכן, לדבריה, "זה אפשר לי להסתכל פנימה, אל תוך הפרטים הקטנים של אטומים ומולקולות. אני אוהבת את הכימיה של האופן שבו שמולקולות שונות מתייחסות אחת לשנייה וכיצד שינויים קטנים בכימיה של חומר יכולים לשנות את תכונותיו. תחום ה- NMR מאפשר לי לבחון את המולקולות האלו מקרוב מאוד. אני מרותקת מכך שככל שאנחנו יודעים יותר על הטכניקות – כיצד להשפיע על הספין ולשלוט באינטראקציות ביניהם – כך אנחנו מסוגלים לדלות יותר מידע על החומר ועל תפקודיו". עבודת הדוקטורט שלה עם פרופ' וגה על התיאוריה והטכניקות שלNMR  במצב מוצק תרמה לשיפור הרזולוציה של השיטה.

הכימיה של סוללות

בעבודת הפוסט-דוקטורט שלה, ד"ר לסקס רצתה לחקור מערכת כימית בפעולה, ובחרה במעבדה באוניברסיטת קיימברידג' אשר עבדה עם NMR בכדי לשפר את הביצועים של סוללות ליתיום-יון. "חקר סוללות עוסק במרכיב ממשי של אתגר האנרגיה; הוא נחוץ ורלוונטי מתמיד, ו- NMR נתן לי את האמצעים הדרושים בכדי להביט לתוך סוללה פעילה ברמה המולקולרית".

התוכנית הלאומית למתן מענקי הצטיינות לפוסט דוקטורט לקידום נשים במדע, תוכנית במימון פילנתרופי המנוהלת על-ידי מכון ויצמן, סייעה לד"ר לסקס ולבעלה להתמודד עם האתגר הכספי של תקופת הפוסט-דוקטורט באנגליה. "יתרה מזאת", היא אומרת, "התכנית אישרה עבורי שאני עושה את הדבר הנכון; שאני יכול לעשות כל מה שנדרש בכדי להפוך למדענית חוקרת. והיא נתנה לי דחיפה נוספת – בדיוק כמו שעשתה אותה מורה לכימיה – להמשיך ולצמוח בעולם המדע".

עם שובה למכון ויצמן והקמת מעבדה עצמאית משלה, ד"ר לסקס נחושה לקדם את חקר ה- NMR ואת רגישותו לגבהים חדשים, ויש לה רעיונות בעלי פוטנציאל מהפכני לרתום את הטכנולוגיה הזו לשיפור יכולות של סוללות בהספק גבוה. היא מוקירה את ההזדמנות לחזור לדינמיקה של "קח ותן" בעולם המדע הישראלי, ואומרת: "אני מעורבת כל הזמן בדיונים – לא רק שיחות על כוס קפה, אלא אירועים שבהם אנשים ממעבדות שונות ותחומים שונים באמת משקיעים והופכים מעורבים בעבודתם של אחרים, ובכך מדרבנים זה את זה".

המחקר שלה כרוך בשימוש אינטנסיבי במכשיר תהודה מגנטית רב-עוצמה (מכשיר עם שדה מגנטי של שבעה טסלה העתיד להירכש על-ידי המכון) אשר יכול להתמודד עם טכניקות מגוונות, מ- NMR קונבנציונלי ועד קיטוב גרעיני דינאמי העושה שימוש בספין של אלקטרונים. ד"ר לסקס מקווה שהשימוש במכשיר זה יוביל ליכולת לחזות ביתר דיוק בכמויות קטנות של אטומים ומולקולות, וכי סוג זה של מידע יסייע לה ליצור סוללות יעילות ועוצמתיות יותר.

Dr. Michal Leskes is supported by the Comisaroff Family Trust and Dana and Yossie Hollander, Israel.

Dr. Michal Leskes