חוקרים בפקולטה לרפואה ע”ש רפפורט בטכניון פיתחו טכנולוגיה המאפשרת לחקור ולנטר את מוחם של בעלי חיים בזמן אמת, כאשר הם חופשיים לחלוטין. את המחקר שהתפרסם בכתב העת Communications Biology הובילו ד”ר שי ברלין מהפקולטה לרפואה ע”ש רפפורט והדוקטורנטית שאדן זועבי. חיית המודל במחקר הייתה הציפור שליו יפני (Coturnix japonica).

חקר המוח מבוסס כיום במידה רבה על מכרסמים כחיות מודל. חיות אלה מאפשרות לחקור בקלות יחסית את מוחן באמצעות נגיפים מתמירים – נגיפים המעבירים לתאים חומר גנטי המאפשר ביטוי חלבונים המהווים חיישנים לפעילות מוחית עצבית. מחקר כזה כמעט ואינו נערך בציפורים למרות הפוטנציאל המחקרי העצום הטמון בהן בחקר המוח – פוטנציאל הקשור ביכולותיהן הייחודיות ובהן ניווט ארוך טווח במרחב התלת-מימדי, החתמה (imprinting), למידת שירים והשגת מזון והטמנתו.

אחד המכשולים בחקר המוח בציפורים הינו עמידותן היחסית לאותם נגיפים מתמירים. עמידות זו היוותה את האתגר שבו התמקדו חוקרי הטכניון במחקר הנוכחי. לאחר שפיתחו פרוטוקול לגידול של תאי מוח מעוברי שליו הם הצליחו לפתח וריאנט נגיפי מלאכותי המאופיין ביכולות התמרה משופרות הן בתאי מוח השליו המבודדים במעבדה והן בציפור החופשית. לדברי החוקרים “שלווים הם ציפורים מצוינות למחקר משום שהן חיות בעיקר על הקרקע, עובדה המקילה את בחינת יכולת הניווט שלהם, מגיעות לבשלות מינית בגיל צעיר יחסית (צעיר הרבה יותר מתרנגולות ועכברים) וקצב הריבוי שלהן מהיר מאוד (ביצה ביום). כל אלה מאפשרים לחקור את התפתחותן בקלות יחסית.”

בתמונה המדעית: נוירונים של שליו שהודבקו בנגיף שפיתחו חוקרי הטכניון. על גבי הנוירונים אפשר לראות מבנים הקרויים spines

הפיתוח של חוקרי הטכניון יאפשר לחקור את המוח, התפתחותו ותפקודו בשלווים הן במעבדה והן במצב בו הציפור חופשייה לחלוטין. לדברי ד”ר ברלין, “טכנולוגיה זו תאפשר שימוש במיני-סקופ (מיקרוסקופ זעיר אשר ניתן למקם על ראשן של חיות) המנטר את פעילות המוח בזמן בו הציפור מבצעת את פעילות הניווט והתנועה במרחב באופן חופשי.”

המחקר נתמך על ידי משפחת רפפורט (מענק תמטי).

למאמר המדעי ב-   Communications Biology לחצו כאן

הכנס הישראלי ה-62 למדעי התעופה והחלל (IACAS) התקיים לאחרונה בתל אביב ובטכניון. את הכנס פתחה הרצאתו של אלוף (מיל’) עמיקם נורקין, שהיה מפקד חיל האוויר בשנים 2022-2017, בנושא “המזרח התיכון במבט מתא הטייס”.

אלוף (מיל’) עמיקם נורקין, שהיה מפקד חיל האוויר

אלוף (מיל’) נורקין אמר כי “בעשור האחרון השתנתה המציאות הרלוונטית לישראל בכל המעגלים – הפנימי, המזרח-תיכוני והגלובלי. ישראל נמצאת כיום במרחב משתנה של איומים, ארגונים וגורמים אחרים ומושפעת גם מהמעגל הרחב של ההתרחשויות הגלובליות – יחסי סין-ארה”ב, המלחמה באוקראינה והמאבק בדעא”ש. מול מציאות זו עלינו להחליט באילו איומים עלינו להתמקד ולהשקיע. האם נתמקד באיומי הטרור בעזה? בסכנות מלבנון? ואולי באיום האיראני? אלה החלטות גורליות וכבדות משקל.”

דיקן הפקולטה להנדסת אווירונוטיקה וחלל פרופ’ טל שימא עם ד”ר יהודית הוכרמן-פרומר, סמנכ”לית המו”פ של רפאל

בשני ימי הכנס התקיימו יותר מ-120 הרצאות במגוון נושאים ובהם הנעה, ניווט, מערכות אוטונומיות, תיאום מנוע-פרופלור, כנף גמישה, למידה חישובית בעולם התעופה, פיתוחים במנהרות רוח ועוד. בנוסף, לכנס הגיעו מרצים בעלי שם בתחומם ממוסדות מובילים בעולם.

את היום השני של הכנס, שהתקיים בטכניון, פתח דיקן הפקולטה להנדסת אווירונוטיקה וחלל פרופ’ טל שימא. הוא אמר כי “הכנס מפגיש את טובי המומחים באקדמיה ובתעשייה בארץ ובחו”ל ומהווה פלטפורמה לקידום ידע ופרויקטים משותפים. השנה הזמנו לכנס כ-100 תלמידי תיכון ואנחנו מקווים שרבים מהם יבואו ללמוד בטכניון ויובילו את עולם האווירונוטיקה הישראלי בעתיד.”  פרופ’ שימא הודה למארגני הכנס, ליו”ר הוועדה המארגנת תא”ל שלומי קונפורטי וליו”ר ועדת המאמרים פרופ’ בני צ’וקורל מהטכניון.

פרופ’ תומס קורק מאוניברסיטת נוטרדאם

את הרצאת הפתיחה ביום השני נשאה ד”ר יהודית הוכרמן-פרומר, בוגרת הטכניון (שלושה תארים) וכיום סמנכ”לית בכירה למחקר ופיתוח בחברת רפאל. היא סיפרה על האתגרים הניצבים בפני ישראל ובפני רפאל בפרט. גם היא פנתה ל-100 תלמידי התיכון שהשתתפו בכנס ואמרה ש”אווירונוטיקה היא תחום אינטרדיסציפילינרי מדהים המשנה את העולם, ואנחנו מזמינים אתכם להצטרף לקהילה הזאת.” בתשובה לשאלה מהקהל “מתי לא יהיה עוד צורך בקורס טייס?” היא השיבה ש”כלים בלתי מאוישים אומנם ימשיכו להשתכלל ויחליפו טייסים במשימות רבות ומגוונות, אבל הם לא יוכלו להחליף את הטייס האנושי באופן מוחלט, בוודאי לא בעתיד הקרוב.”

יו”ר הוועדה המארגנת של הכנס תא”ל שלומי קונפורטי

כנס IACAS הוא אירוע שנתי המכנס את קהילת האווירונוטיקה והחלל בישראל בנוכחות מומחים מובילים מחו”ל. בכנס תומכים הטכניון, רפאל, התעשייה האווירית, אלביט ולוקהיד מרטין.

משתתפי הכנס

זינאת עוואד לומדת במסלול הכפול (והמאתגר) המשלב רפואה והנדסה ביו-רפואית. מעורבותה הקהילתית בארגון Unifly  החלה מוקדם מאוד, כשבגיל 13 השתתפה במחנה של Ultimate Peace – ארגון הפועל לבניית גשרים של חברות והבנה בין בני נוער יהודים וערבים וזאת על בסיס ענף הספורט “אולטימייט פריסבי”. כיום היא פעילה בארגון כמדריכה וכחברת הוועד המנהל. במהלך לימודיה הובילה עוואד נבחרת iGEM 2019 טכניון שפיתחה דבש מלאכותי שאינו מצריך דבורים – פיתוח שזיכה את הנבחרת במדליית זהב בתחרות iGEM הבינלאומית ועל בסיסו נרשם פטנט. היא משתתפת גם בפיתוח של טכנולוגיה למעקב רציף ולא פולשני אחר כמות הורמוני המין אצל נשים, זאת יחד עם אסף ליכט ובהנחייתו של פרופ’ חוסאם חאיק מהפקולטה להנדסה כימית ע”ש וולפסון. על סמך טכנולוגיה זו הוקמה חברת הסטארטאפ Harmony.

מימין לשמאל: פרופ’ אילת פישמן, רונית פיסו, הזוכה זינאת עוואד ונמרוד פלג

נועה ליפשיץ, סטודנטית בפקולטה למדעי הנתונים וההחלטות, מתנדבת כבר חמש שנים ברציפות ב”דלת פתוחה” – עמותה המקדמת מיניות בריאה בישראל. בהמלצת הארגון על מועמדותה נכתב כי “נועה היא נכס לעמותה. היא נוטה לאתגר את החשיבה והתפיסה המקובלת, מגדילה ראש ולוקחת חלק אקטיבי ביצירת מענים ותכניות אשר מחוללות שינוי משמעותי בחברה שלנו.” ב-2022 הצטרפה ליפשיץ כשותפה מייסדת עם מירב בן-יאיר לסטארטאפ SafeButton המפתח כפתור מצוקה לביש המסייע לבני ובנות נוער להתריע על מצוקה או תקיפה ולהזעיק עזרה במהירות. המיזם זכה במקום הראשון בהאקתון של פורום מיכל סלה שבו התחרו כ-300 מיזמים. לדברי מנכ”לית החברה מירב בן-יאיר, “ללא נועה והתרומה הענקית שלה הסטארטאפ לא היה נע, משתנה ומתאים את עצמו לקהל.” כמתנדבת סדרתית, ליפשיץ מוצאת זמן גם לביקורים שבועיים אצל קשישה במחלקה סיעודית בבית אבות, אשר תחגוג השנה 100.

נועה ליפשיץ

הבחירה בעוואד ובליפשיץ סיימה תהליך סינון ארוך שתחילתו ב-60 מועמדות ומועמדים שמהם נבחרו 11 מועמדים סופיים ומתוכם שתי הזוכות. המועמדים נבחנו על סמך התנדבות ארוכת טווח, ללא תמורה כספית או אקדמית, שיש בה משמעות עבור אוכלוסיות שונות בחברה הישראלית. חברי צוות השיפוט היו: דיקנית הסטודנטים פרופ’ אילת פישמן, פרופ’ מישל פורטמן מהפקולטה לארכיטקטורה ובינוי ערים, רכזת החממה החברתית גב’ אור ספר-כהן, אמטאנס סאדר מהמרכז לייעוץ ותמיכה בלשכת דיקן הסטודנטים ונמרוד פלג מהפקולטה להנדסת חשמל ומחשבים ע”ש ויטרבי.

חלוקת הפרסים התקיימה במסגרת אירוע פתיחת סמסטר אביב תשפ”ג, שבו הופיעה להקת פול טראנק. המסיבה התקיימה בחסות דיקנית הסטודנטים פרופ’ אילת פישמן ובשיתוף אס”ט – אגודת הסטודנטים בטכניון.

הטכניון נפרד בצער רב מפרופ’ מחקר יעקב זיו, מעמודי התווך של הטכניון ושל הפקולטה להנדסת חשמל ומחשבים ע”ש ויטרבי ומגדולי החוקרים בתולדות הטכניון. נשיא הטכניון פרופ’ אורי סיון ספד לו: “תרומותיו המדעיות של פרופ’ מחקר זיו שינו לעד את הדרך בה אנחנו מעבירים, אוגרים ומעבדים מידע. הוא היווה מקור השראה לכולנו – מגדלור המסמן מצוינות מדעית ואת הפוטנציאל הטמון בה להתנעת מהפכות טכנולוגיות המשפיעות על חיי כלל האנושות. עבורי היה פרופ’ זיו לא רק דוגמה ומופת אלא גם מורה דרך וחבר שליווה אותי לאורך דרכי האקדמית בטכניון. יהי זכרו ברוך.”

פרופ’ מחקר יעקב זיו

פרופ’ זיו ז”ל פיתח יחד עם עמיתו פרופ’ אברהם למפל ז”ל מהפקולטה למדעי המחשב ע”ש טאוב את אלגוריתם למפל-זיו שעיצב את עולם הדחיסה הדיגיטלית. חותמם של אלגוריתמים אלה ניכר כיום בקשת רחבה של  יישומים המשפיעים על חיי היומיום של כולנו.

“פרופ׳ זיו היה חוקר דגול ואדם גדול,” ספדה לו פרופ’ עדית קידר, דיקנית הפקולטה להנדסת חשמל ומחשבים ע”ש ויטרבי.”הוא הטביע את חותמו לא רק על האופן שבו מידע מועבר ברשתות מחשבים ומאוחסן בקבצים בעולם, אלא גם על הפקולטה להנדסת חשמל ומחשבים בדרכו המדעית ובהתנהלותו האישית. הוא הנחה וחינך חוקרים שהמשיכו את דרכו והוביל את הפקולטה בתור דיקן בדרך המצוינות האקדמית. גישתו המחקרית התאפיינה בשילוב תאוריה עמוקה עם יישומים פרקטיים חשובים. פרופ׳ זיו היה מקור השראה לכולנו וחסרונו יורגש. יחד נמשיך את דרכו. יהי זכרו ברוך.”

פרופ’ מחקר יעקב זיו בצעירותו, מחזור 1954 בפקולטה להנדסת חשמל

פרופ’ זיו נפטר בסמיכות לעמיתו פרופ’ למפל, שהלך לעולמו בתחילת חודש פברואר. יחד פירסמו השניים בשנת 1977 את LZ77, הגרסה הראשונה של אלגוריתם למפל-זיו, ובשנת 1979 את הגרסה השניה, 79LZ. שתי הגרסאות, מספקות את הבסיס לטכנולוגיות דחיסה חיוניות ובהן TIFF ,PNG ,ZIP ו-GIF ומילאו תפקיד מרכזי בפיתוחם של הפורמטים PDF ו-MP3. על בסיס אלגוריתם אלה זה פותחו רבות מטכנולוגיות הדחיסה המשמשות כיום בהתקני זיכרון, במחשבים ובטלפונים חכמים. על פי ACM, האגודה החשובה ביותר בתחומי המחשוב ומדעי המחשב, “השפעת עבודתם של הפרופסורים למפל וזיו כה עצומה, שהמחקר הנוכחי בתחום עודנו תוסס כפי שהיה לפני עשרות שנים, וכל שנה אנו רואים עוד תאורטיקנים וחוקרים יישומיים עוסקים בהרחבה ובפיתוח של הרעיון האלגנטי שהשניים הציגו. אין זו הגזמה לומר כי טכנולוגיות הדחיסה שנבעו ממחקרם של למפל וזיו האיצו את היישומים במחשוב נייד ובמולטימדיה והפכו אותם לישימים מבחינה כלכלית.”

פרופ’ מחקר יעקב זיו (מימין) עם פרופ’ אברהם למפל

אלגוריתם למפל-זיו תרם לעולם, ללא תמורה, טכנולוגיה חסרת תקדים המאפשרת העברת מידע ויזואלי ואחר במהירות גבוהה ללא אובדן מידע. בשנת 2004 הכריז האיגוד הבינלאומי של מהנדסי החשמל והאלקטרוניקה (IEEE) כי אלגוריתם למפל-זיו הוא “אבן דרך בהנדסת האלקטרוניקה והמחשבים” וכי הוא “תרם תרומה משמעותית להפיכתה של רשת האינטרנט לאמצעי אפקטיבי בתקשורת הגלובלית”. כשבע עשרה שנים אחר כך, בשנת 2021, זכה פרופ’ זיו ב-IEEE Medal of Honor על פועלו העצום והנרחב, על תרומתו הנרחבת לתורת האינפורמציה ולדחיסת נתונים ועל מנהיגותו המחקרית יוצאת הדופן. בכך היה פרופ’ זיו לישראלי הראשון הזוכה בהכרה עולמית זו. בנובמבר 2021 חגג הטכניון את יום הולדתו ה-90 של פרופ’ זיו.

תולדות חייו:

פרופ’-מחקר זיו נולד בטבריה בשנת 1931 וכשהיה בן שלוש עברה המשפחה לרעננה, שם ניהל אביו, בן ציון זיו, את בית הספר “מגד”. עם פרוץ מלחמת השחרור גויס יעקב, רק בן 16, לצה”ל, ואחרי המלחמה חזר וסיים את לימודיו. בתום שרותו הצבאי החל ללמוד בפקולטה להנדסת חשמל ומחשבים ע”ש ויטרבי בטכניון והשלים בה תואר ראשון ושני. אחר כך יצא לדוקטורט ב-MIT ואחרי שנים של מחקר ופיתוח בחברת רפאל ובמעבדות בל בארצות הברית הוא הצטרף לסגל הטכניון.

במרוצת השנים כיהן פרופ’ זיו בתפקידים בכירים ובהם דיקן הפקולטה, המשנה לנשיא הטכניון לעניינים אקדמיים, יו”ר ות”ת ונשיא האקדמיה הישראלית למדעים. הוא היה חבר האקדמיה הלאומית של ארצות הברית והאקדמיה האמריקנית לאומנויות ומדעים. פרופ’-מחקר זיו זכה בפרסים יוקרתיים רבים ובהם פרס ביטחון ישראל (פעמיים), פרס ישראל במדעים מדויקים (1993), פרס מרקוני (1995), מדליית ריצ’רד המינג (1995), פרס שאנון (1997), פרס חזית הידע של קרן BBVA (2009) ופרס א.מ.ת. (2017) וכאמור ב-IEEE Medal of Honor.

פרופ’ מחקר יעקב זיו עם פרופ’ אברהם למפל (מימין)

לצפייה בסרטון – לחצו כאן

לקריאת הספד הנשיא – לחצו כאן

המענק ישמש לפיתוח תהליך חדשני לייצור מימן ירוק באמצעות אלקטרוליזה – פירוק מים לחמצן ומימן. מימן ירוק הוא דלק חלופי לפחם, לנפט ולגז טבעי, והשימוש בו יצמצם הן את השימוש במחצבים ההולכים ואוזלים והן את פליטות המזהמים ממקורות הזיהום השונים: תחבורה, ייצור חומרים וכימיקלים, חימום וייצור חשמל.

פרופ’ אבנר רוטשילד

אחד הבלמים בדרך לשימוש נרחב במימן המיוצר מאנרגיות מתחדשות הוא האתגר הטכנולוגי – ייצור המימן באופן יעיל, זול ובטוח. התהליך החדש שמפותח במעבדת המחקר של פרופ’ רוטשילד מפצל את תהליך האלקטרוליזה לשתי ריאקציות – כימית ואלקטרוכימית – המתרחשות בתאים נפרדים. התוצאה: הפרדה מוחלטת בין ייצור מימן בתא אחד וייצור חמצן בתא שני, ללא צורך בממברנה שתפריד ביניהם כמקובל בתהליכי אלקטרוליזה אחרים.  לתהליך זה יש יתרונות מובנים מבחינת בטיחות, יעילות ועלות בהשוואה לתהליכי אלקטרוליזה אחרים.

הוכחת ההיתכנות הפיזיקלית לתהליך החדש הושגה בעבודת המגיסטר של איליה סלובודקין בפקולטה למדע והנדסה של חומרים, בעבודת צוות יחד עם ד”ר ילנה דוידובה מקבוצת המחקר של פרופ’ רוטשילד. המשך פיתוח התהליך וביסוס ההיתכנות הכלכלית-מסחרית שלו מצריך מחקר רב-תחומי הכולל הנדסת חומרים, אלקטרוכימיה, קטליזה והנדסת תהליכים, זאת במטרה לפתח חומרים חדשים מיסודות נפוצים שיחליפו את הקטליזטורים מפלטינה ורותיניום – חומרים נדירים שבהם נעשה שימוש בהוכחת ההיתכנות הנ”ל. במחקר זה יחתרו החוקרים להפוך את שני התהליכים – הכימי והאלקטרוכימי – לתהליך רציף אחד.

מכון AIMBE – להנדסה רפואית וביולוגית מטפח את ההנדסה הרפואית והביולוגית למען החברה ומוקיר בתואר “עמית” אישים שהביאו “תרומה יוצאת דופן להנדסה ולרפואה במחקר, ביישומים ובחינוך” והם “חלוצים בתחומים טכנולוגיים חדשים ומתפתחים שהובילו פריצות דרך בתחומים מסורתיים בהנדסת רפואה וביולוגיה או מפתחים גישות חדשות בחינוך להנדסה ביו-רפואית”. פרופ’ שרודר ופרופ’ לבנברג קיבלו את התואר באירוע השנתי של AIMBE שהתקיים ב-27 במרץ בוושינגטון.

פרופ’ לבנברג ופרופ’ שרודר בטקס בוושינגטון

עם קבלתם ל-AIMBE מצטרפים שני החוקרים לשורה ארוכה של עמיתים המייצגים את שני האחוזים העליונים של המהנדסים בתחומי הרפואה והביולוגיה. שלושה מהמדענים ברשימה זו זכו בפרסי נובל – פרופ’ פרנסס ארנולד (כימיה, 2018), פרופ’ פול לוטרבור (פיזיולוגיה או רפואה, 2003) ופרופ’ הרמן בורלוג (שלום, 1970).

פרופ’ לבנברג ופרופ’ שרודר הם חוקרים עתירי הישגים בעולם המדעי המיישמים את עבודתם המחקרית ושותפים בהקמת חברות סטארטאפ. שניהם השלימו את הפוסט-דוקטורט בהנחייתו של אותו מנחה – פרופ’ רוברט לנגר מ-MIT, חתן פרס הארווי מטעם הטכניון לשנת 2003.

פרופ’ שולמית לבנברג מהפקולטה להנדסה ביו-רפואית נבחרה כעמיתה ב- AIMBE “על הובלת מחקרים בהנדסה ביו-רפואית ופרויקטים יישומיים הרותמים מחקרים בתאי גזע ובהנדסת רקמות לרפואה רגנרטיבית ולייצור מזון.” במהלך השנים זכתה פרופ’ לבנברג בפרסים רבים ובהם פרס ברונו ופרס רפפורט, רשמה עשרות פטנטים והקימה כמה חברות הזנק. היא הייתה נשיאת האגודה הישראלית לתאי גזע ועד לאחרונה דיקנית הפקולטה להנדסה ביו-רפואית.

פרופ’ לבנברג היא חוקרת בעלת שם עולמי בהנדסת רקמות, שפיתחה טכנולוגיות ליצירת רקמות להשתלה באזורים פגועים בשריר, בלב, בעצם ובחוט השדרה. לאחרונה היא הציגה טכנולוגיה ליצירת אוזן מהונדסת שתחליף אוזניים שלא התפתחו כראוי. בשנים האחרונות היא רותמת את מחקריה גם ליצירת בשר מתורבת, והחברה שהוקמה על סמך מחקריה (אלף פארמס) כבר הציגה את סטייק האנטריקוט המתורבת הראשון בעולם בגודל מלא.

פרופ’ שולמית לבנברג בקבלת האות בטקס

פרופ’ אבי שרודר מהפקולטה להנדסה כימית ע”ש וולפסון נבחר לעמית AIMBE “על תרומותיו יוצאות הדופן לפיתוחן של ננו-טכנולוגיות רפואיות ובהן ננו-רפואה מדויקת ודרכים חדשות לטיפול בסרטן ובבעיות אורטופדיות.” כיום הוא חבר סגל בפקולטה להנדסה כימית ע”ש וולפסון וראש המעבדה לטכנולוגיות רפואה מותאמת אישית.

מחקריו של פרופ’ שרודר עוסקים בממשק שבין ננוטכנולוגיה ורפואה ומקדמים אבחון וטיפול במחלות כגון סרטן ופרקינסון באופן המותאם למטופל. הוא נשיא האגודה הישראלית להנדסה כימית וחבר האקדמיה הצעירה הישראלית. פרופ’ שרודר פרסם עשרות רבות של מאמרים מחקריים, רשם עשרות פטנטים והקים כמה חברות הזנק.

פרופ’ אבי שרודר בקבלת האות בטקס

צילום: באדיבות AIMBE

חוקרים בטכניון ובמכון יוליך (גרמניה) פיתחו סוללת טיטניום-אוויר חדשנית, ואימתו את יעילותה באופן ניסויי. פיתוחה של הסוללה החדשה התאפשר הודות לשיתוף פעולה בין ד”ר יאסין אמרי דורמוס, ממכון יוליך למחקרי אנרגיה ואקלים (מס’ 9) בראשות פרופ’ רודיגר אייכל ופרופ’ יאיר עין-אלי מהפקולטה למדע והנדסה של חומרים בטכניון.

פרופ’ יאיר עין-אלי

מאמרם של חוקרי הטכניון ויוליך פורסם בכתב העת Chemical Engineering Journal, וזה הפרסום הראשון של ממצאים ניסויים לגבי סוללה מסוג זה, שבה הטיטניום משמש כחומר פעיל.

סוללות הן התקנים הממירים אנרגיה כימית לחשמלית באמצעות אלקטרוליט (החומר המוליך יונים) ושתי אלקטרודות הטבולות בתוכו. אחת האלקטרודות (זו שהמתח בה נמוך מאוד) מוסרת אלקטרונים במעגל החיצוני (המפעיל את המכשור האלקטרוני), והאלקטרודה השנייה מקבלת את האלקטרונים. התהליך האלקטרוכימי מתרחש בתוך המדיום האלקרוליטי המכיל יונים, וכך נוצר הזרם החשמלי הכולל הדרוש להפעלת המיכשור האלקטרוני ולפריקת התא (הסוללה).

סוללת מתכת-אוויר הן משפחה של סוללות שבהן אחת האלקטרודות עשויה ממתכת פעילה (בעלת מתח נמוך מאוד), והאלקטרודה האחרת היא ממברנה דקיקה, המאפשרת כניסה ותגובה של אוויר, וליתר דיוק חמצן. מאחר שהחמצן מגיע מהאוויר שסביב אין צורך לאגור אותו, ובכך למעשה נחסכים מקום (נפח) ומשקל יקרים בתוך הסוללה. לפיכך, תכולת האנרגיה של סוללה מסוג זה אמורה להיות באופן תיאורטי גבוהה יותר בהשוואה לסוללות אחרות. סוללות מתכת-אוויר מתאימות במיוחד ליישומים המצריכים מזעור כמו גם למערכות אגירה גדולות שבהן נדרשים חומרים זולים, זמינים ולא רעילים.

אם כן, מהי המתכת האופטימלית לסוללות מתכת-אוויר? עד היום נחקרו בעיקר ליתיום, אבץ, ברזל, אלומיניום וסיליקון. סוללות אבץ-אוויר, לדוגמה, כבר משמשות בהתקני בקרה, בחיישנים ובמכשירי שמיעה. עם זאת, סוללות אלה מאופיינות בצפיפות אנרגיה נמוכה יחסית לצרכים הגדלים של שוק האנרגיה, ולפיכך הן מספקות אנרגיה לזמן קצר יחסית.

סוללות טיטניום-אוויר, שיעילותן הודגמה במחקר הנוכחי, מאופיינות בצפיפות אנרגיה הגבוהה פי שניים ויותר מזו של סוללות אבץ-אוויר, ולכן הן צפויות לספק תכולת אנרגיה למשך זמן כפול ויותר. יש לציין שטיטניום הוא יסוד כימי נפוץ – הוא מדורג במקום התשיעי ברשימת החומרים הנפוצים בקרום כדור הארץ.  טיטניום ידועה כמתכת חסינה, יציבה ועמידה ביותר, שאינה מגיבה כלל עם הסביבה ואפילו לא עם מגיבים אגרסיביים ביותר, וזאת בשל העובדה שטיטניום מכוסה בשכבת הגנה תחמוצתית יעילה ועמידה מאוד.

חוקרי הטכניון ויוליך הצליחו להסיר את שכבת ההגנה החזקה של הטיטניום בלבד, תוך שימוש באלקטרוליט ייחודי בסוללה שפיתחו. האלקטרוליט האמור הוא סוג של נוזל יוני בעל מאפיינים ייחודיים – נוזל העשוי ממלחים ומתאים לשימוש בסוללות בשל תכונותיו החשמליות והכימיות. כך הצליחו החוקרים לרתום את הפוטנציאל הכימי של מתכת הטיטניום החשופה לצורכי המרה לאנרגיה חשמלית. בניסוייהם הם הדגימו כאמור תכולת אנרגיה חשמלית הגבוהה במאות אחוזים מזו של סוללות אבץ-אוויר.

אילוסטרציה גרפית של תכונות סוללת הטיטניום-אוויר, בסגנון הטבלה המחזורית של היסודות הכימיים, עם המאפיינים והתכונות החשמליים והאנרגטיים הייחודיים של הסוללה החדשנית. כך החוקרים ומפתחי סוללת הטיטניום-אוויר רואים זאת בעיני רוחם: הסרה של שכבת ההגנה התחמוצתית מעל גבי טיטניום משולה בעיניהם לטיטאן הישן, המלא באנרגיה אדירה אך כלוא במערה חשוכה במשך עידנים. קבוצת המדענים גילתה דרך לפרוץ את המחסום ה”פסיבי” ולשחרר את האנרגיה האצורה בענק בעל העין היחידה – האנרגיה הכימית האצורה בו נהפכת, במבנה של הסוללה החדשנית, לאנרגיה חשמלית.

המחקר נתמך על ידי המשרד הפדרלי של גרמניה לחינוך ומחקר, וחוקרי הטכניון נתמכו על ידי תוכנית האנרגיה ע”ש גרנד בטכניון (GTEP) ועל ידי מרכז המחקר לאגירה והנעה אלקטרוכימית (INREP).

פרופ’ עין-אלי שהה במכון יוליך במסגרת שנת שבתון, כחלק מהסכם המסגרת בין שני המוסדות ואוניברסיטת אאכן. הסכם המסגרת (Umbrella) בין המוסדות חוגג השנה 40 להיווסדו, והסימפוזיון הקרוב במסגרתו ייערך בחיפה בין 30 במאי ל-1 ביוני 2023.

לקריאת המאמר המלא – לחצו כאן