Зафіксуйце гэтае імя: Марыя Хелена Брага. За гэтай тыпова партугальскай назвай мы знаходзім даследчыцу з інжынернага факультэта універсітэта Порту, якая дзякуючы сваёй працы магла ўнесці свой уклад у канчатковае развіццё тэхналогіі літый-іённых акумулятараў.
Яго ўклад звязаны з адкрыццём электралітнага шкла і можа прывесці да стварэння новага пакалення батарэяў - цвёрдацельных -, якія будуць больш бяспечнымі, экалагічнымі, даступнымі і могуць мець у 3 разы большую ёмістасць. Каб зразумець, чаму ўвесь гэты энтузіязм, добра ведаць пра літый-іённыя (Li-ion) батарэі.
Найбольш распаўсюджанымі сёння з'яўляюцца літый-іённыя акумулятары. Яны маюць масу пераваг перад іншымі тыпамі батарэй, але яны таксама маюць свае абмежаванні.
Мы можам знайсці іх на смартфонах, электрамабілях і іншых электронных прыладах. Для забеспячэння неабходнай энергіі яны выкарыстоўваюць вадкі электраліт для транспартавання іёнаў літыя паміж анодам (адмоўны бок батарэі) і катодам (станоўчы бок).
Гэтая вадкасць ляжыць у аснове справы. Хуткая зарадка або разрад літыевых батарэй можа прывесці да адукацыі дендрытаў, якія ўяўляюць сабой літыевыя ніткі (праваднікі). Гэтыя ніткі могуць выклікаць унутранае кароткае замыканне, якое можа выклікаць пажар і нават выбух.
Адкрыццё Марыі Алены Брагі
Замена вадкага электраліта цвёрдым электралітам прадухіляе адукацыю дендрытаў. Менавіта цвёрды электраліт адкрыла Марыя Хелена Брага разам з Хорхе Ферэйра, калі яны працавалі ў Нацыянальнай лабараторыі энергетыкі і геалогіі.
Новаўвядзенне прадугледжвае выкарыстанне цвёрдага шклянога электраліта, што дазваляе выкарыстоўваць анод, убудаваны ў шчолачныя металы (літый, цвёрды або калій). Тое, што было немагчыма дагэтуль. Выкарыстанне шклопадобнага электраліта адкрыла свет магчымасцяў, такіх як павелічэнне шчыльнасці энергіі катода і падаўжэнне тэрміну службы батарэі.
Адкрыццё было апублікавана ў артыкуле ў 2014 годзе і прыцягнула ўвагу навуковай супольнасці. Супольнасць, у якую ўваходзіць Джон Гудэнаф, «бацька» сучаснай літыевай батарэі. 37 гадоў таму ён вынайшаў тэхналагічны прагрэс, які дазволіў літый-іённым батарэям стаць камерцыйна рэнтабельнымі. Прафесар Тэхаскага ўніверсітэта, 94-гадовы мужчына не мог стрымаць свайго энтузіязму ад адкрыцця партугальскага даследчыка.
Марыі Хелене Брага не спатрэбілася шмат часу, каб паехаць у ЗША, каб прадэманстраваць Джону Гудэнафу, што яе электраліт з шклопадобнага цела можа праводзіць іёны з такой жа хуткасцю, што і вадкі электраліт. З тых часоў абодва супрацоўнічалі ў даследаваннях і распрацоўках цвёрдацельных акумулятараў. Гэта супрацоўніцтва ўжо спарадзіла новую версію электраліта.
Умяшанне Гудэнафа ў супрацоўніцтва і развіццё цвёрдацельнай батарэі згуляла важную ролю ў наданні неабходнага даверу да гэтага адкрыцця.
Перавагі цвёрдацельнага акумулятара
Перавагі шматабяцальныя:- павелічэнне напружання, якое дазволіць атрымаць вялікую шчыльнасць энергіі для таго ж аб'ёму - дазваляе стварыць больш кампактны акумулятар
- дазваляе хуткую загрузку без вытворчасці дендрытаў - больш за 1200 цыклаў
- больш цыклаў зарадкі/разрадкі, што дазваляе падоўжыць тэрмін службы батарэі
- дазваляе працаваць у больш шырокім дыяпазоне тэмператур без пагаршэння - першыя батарэі, якія змогуць працаваць пры -60º Цэльсія
- патэнцыйна меншы кошт дзякуючы выкарыстанню такіх матэрыялаў, як натрый замест літыя
Яшчэ адным з вялікіх пераваг з'яўляецца тое, што клеткі могуць быць пабудаваны з экалагічна чыстых матэрыялаў, такіх як вышэйзгаданы натрый, які можна атрымаць з марской вады. І нават іх перапрацоўка не з'яўляецца праблемай. Адзіным недахопам, калі можна гэта так назваць, з'яўляецца тое, што для ўстаноўкі гэтых цвёрдых батарэй патрабуецца сухое і пераважна бескіслароднае асяроддзе.
НЕ БЫЦЬ АБПУСКАЦЬ: «Электракалідоры» на ўзмоцненых рэспубліканскіх магістралях
Марыя Хелена Брага кажа, што ўжо ёсць цвёрдацельныя батарэі: манетныя або кнопкавыя, батарэйкі памерам з манету, якія выкарыстоўваюцца, напрыклад, у некаторых гадзінніках. Таксама ў лабараторыі прайшлі выпрабаванні батарэі іншых памераў.
Калі гэты тып акумулятара з'явіцца ў аўтамабілі?
Па словах Марыі Алены Брагі, цяпер гэта будзе залежаць ад галіны. Гэты даследчык і Гудэнаф ужо даказалі слушнасць канцэпцыі. Распрацоўкай давядзецца займацца іншым. Іншымі словамі, гэта будзе не заўтра і не ў наступным годзе.
Пераход ад гэтых лабараторных дасягненняў да камерцыйных прадуктаў з'яўляецца значнай праблемай. Можа спатрэбіцца яшчэ 15 гадоў, перш чым мы ўбачым гэты новы тып батарэі, прыменены да электрамабіляў.
У прынцыпе, неабходна знайсці маштабуюцца і эканамічна эфектыўныя прамысловыя працэсы, якія дазваляюць індустрыялізацыю і камерцыялізацыю гэтага новага тыпу батарэй. Іншая прычына звязана з вялікімі інвестыцыямі, ужо зробленымі самымі рознымі арганізацыямі ў развіццё літыевых батарэй. Найбольш папулярным прыкладам будзе Gigafactory Tesla.
Іншымі словамі, на працягу наступных 10 гадоў мы павінны працягваць назіраць за эвалюцыяй літыевых батарэй. Чакаецца, што іх шчыльнасць энергіі вырасце прыкладна на 50%, а іх кошт знізіцца на 50%. Хуткага пераходу ў аўтамабільнай прамысловасці на цвёрдацельныя акумулятары чакаць не даводзіцца.
Інвестыцыі таксама накіроўваюцца на іншыя тыпы акумулятараў з рознымі хімічнымі рэакцыямі, якія дазваляюць дасягнуць у 20 разоў большай шчыльнасці энергіі, чым цяперашні літый-іённы акумулятар. Ён не толькі пераўзыходзіць тры разы больш, чым цвёрдыя батарэі, але, на думку некаторых, ён можа выйсці на рынак раней за іх.
Ва ўсякім выпадку, будучы сцэнар для электрамабіля выглядае перспектыўным. Гэты тып авансу - гэта тое, што нарэшце павінна дазволіць дамагчыся ўзроўню канкурэнтаздольнасці, эквівалентнага транспартным сродкам з рухавікамі ўнутранага згарання. Тым не менш, з улікам усіх гэтых дасягненняў, такіх як адкрыццё Марыі Хелены Брага, электрамабілям можа спатрэбіцца яшчэ 50 гадоў, каб дасягнуць 70-80% долі сусветнага рынку.