Поправете това име: Мария Хелена Брага. Зад това толкова типично португалско име откриваме изследовател от Инженерния факултет на Университета в Порто, който, благодарение на работата си, може да е допринесъл за окончателния напредък на технологията за литиево-йонни батерии.
Неговият принос се върти около откриването на електролитното стъкло и може да доведе до ново поколение батерии – твърди – които ще бъдат по-безопасни, по-екологични, достъпни и могат да имат до 3 пъти по-голям капацитет. За да разберете защо целият този ентусиазъм, е добре да знаете за литиево-йонните (Li-ion) батерии.
Днес най-разпространените са литиево-йонните батерии. Те имат много предимства пред другите видове батерии, но имат и своите ограничения.
Можем да ги намерим на смартфони, електрически превозни средства и други електронни устройства. За да доставят необходимата енергия, те използват течен електролит за транспортиране на литиеви йони между анода (отрицателната страна на батерията) и катода (положителната страна).
Тази течност е в основата на въпроса. Бързото зареждане или разреждане на литиеви батерии може да доведе до образуването на дендрити, които са литиеви нишки (проводници). Тези нишки могат да причинят вътрешни къси съединения, които могат да причинят пожари и дори експлозии.
Откритието на Мария Елена Брага
Замяната на течния електролит с твърд електролит предотвратява образуването на дендрити. Именно твърд електролит Мария Хелена Брага откри заедно с Хорхе Ферейра, когато работеха в Националната лаборатория по енергетика и геология.
Иновацията включва използването на твърд стъклен електролит, което позволява използването на анод, вграден в алкални метали (литий, твърд или калий). Нещо, което не беше възможно досега. Използването на електролит от стъкловидно тяло отвори свят от възможности, като например увеличаване на енергийната плътност на катода и удължаване на жизнения цикъл на батерията.
Откритието е публикувано в статия през 2014 г. и привлече вниманието на научната общност. Общността, която включва Джон Гуденаф, „бащата“ на днешната литиева батерия. Преди 37 години той съвместно изобретява технологичния напредък, който позволява на литиево-йонните батерии да станат търговски жизнеспособни. Професор в Тексаския университет, 94-годишният мъж не можеше да сдържи ентусиазма си от откритието на португалския изследовател.
Не отне много време на Мария Хелена Брага да пътува до САЩ, за да демонстрира на Джон Гуденаф, че нейният електролит в стъкловидното тяло може да провежда йони със същата скорост като течния електролит. Оттогава и двамата си сътрудничат в изследванията и разработките на твърдотелни батерии. Това сътрудничество вече създаде нова версия на електролита.
Намесата на Goodenough в сътрудничеството и развитието на твърдотелната батерия допринесе за придаването на необходимата достоверност на това откритие.
Предимства на твърдата батерия
Предимствата са обещаващи:- увеличаване на напрежението, което ще позволи по-голяма енергийна плътност за същия обем - позволява по-компактна батерия
- позволява бързо зареждане без производство на дендрит – над 1200 цикъла
- повече цикли на зареждане/разреждане, което позволява по-дълъг живот на батерията
- позволява работа в по-широк температурен диапазон без влошаване – първите батерии могат да работят при -60º по Целзий
- потенциално по-ниска цена благодарение на използването на материали като натрий вместо литий
Друго от големите предимства е, че клетките могат да бъдат изградени с екологично чисти материали, като гореспоменатия натрий, който може да бъде извлечен от морска вода. И дори тяхната рециклируемост не е проблем. Единственият недостатък, ако можете да го наречете така, е, че монтирането на тези твърди батерии изисква суха и за предпочитане среда без кислород.
НЕ СЕ ПРОПУСКА: "Електрически коридори" по усилени републикански магистрали
Мария Хелена Брага казва, че вече има твърдотелни батерии: клетки с монети или бутони, батерии с размер на монета, които се използват например в някои часовници. Батерии с други размери също са тествани в лаборатория.
Кога ще се появи този тип акумулатор в колата?
Според Мария Хелена Брага вече ще зависи от индустрията. Този изследовател и Goodenough вече са доказали валидността на концепцията. Развитието ще трябва да се извършва от други. С други думи, няма да е утре или следващата година.
Преминаването от този лабораторен напредък към търговски продукти е значително предизвикателство. Може да отнеме още 15 години, преди да видим този нов тип акумулатор, приложен към електрически превозни средства.
По принцип е необходимо да се намерят мащабируеми и рентабилни промишлени процеси, които позволяват индустриализацията и комерсиализацията на този нов тип батерии. Друга причина е свързана с големите инвестиции, които вече са направени в развитието на литиеви батерии от най-разнообразни предприятия. Най-популярният пример ще бъде Gigafactory на Tesla.
С други думи, през следващите 10 години трябва да продължим да наблюдаваме еволюцията на литиевите батерии. Очаква се тяхната енергийна плътност да се повиши с около 50%, а цената им да спадне с 50%. Не се очаква бързо преминаване в автомобилната индустрия към твърдотелни батерии.
Инвестициите се насочват и към други видове батерии, с различни химични реакции, които могат да постигнат до 20 пъти по-голяма енергийна плътност от сегашната литиево-йонна батерия. Той не само превъзхожда три пъти повече, постигнато от твърди батерии, но според някои може да достигне пазара преди тях.
Както и да е, бъдещият сценарий изглежда обещаващ за електрическия автомобил. Този тип напредък е това, което най-накрая трябва да позволи нива на конкурентоспособност, еквивалентни на превозните средства с двигатели с вътрешно горене. Въпреки това, с всички тези постижения, като това откритие на Мария Хелена Брага, може да са необходими още 50 години, докато електрическите превозни средства достигнат 70-80% дял от световния пазар.