Popravi ovo ime: Maria Helena Braga. Iza ovog tako tipično portugalskog imena nalazimo istraživačicu sa Fakulteta inženjerskih nauka Univerziteta u Portu koja je, zahvaljujući svom radu, možda doprinijela definitivnom napretku tehnologije litijum-jonskih baterija.
Njegov doprinos se vrti oko otkrića elektrolitnog stakla i mogao bi dovesti do nove generacije baterija – solid state –, koje će biti sigurnije, ekološkije, pristupačne i mogu imati do 3x veći kapacitet. Da biste razumjeli zašto toliki entuzijazam, dobro je znati o litijum-jonskim (Li-ion) baterijama.
Li-ion baterije su danas najčešće. Imaju dosta prednosti u odnosu na druge vrste baterija, ali imaju i svoja ograničenja.
Možemo ih pronaći na pametnim telefonima, električnim vozilima i drugim elektroničkim uređajima. Za opskrbu potrebnom energijom, oni koriste tekući elektrolit za transport litijum iona između anode (negativna strana baterije) i katode (pozitivna strana).
Ova tečnost je u srcu stvari. Brzo punjenje ili pražnjenje litijumskih baterija može dovesti do stvaranja dendrita, koji su litijumski filamenti (provodnici). Ovi filamenti mogu uzrokovati unutrašnje kratke spojeve koji mogu uzrokovati požar, pa čak i eksplozije.
Otkriće Marije Helene Brage
Zamjena tekućeg elektrolita čvrstim elektrolitom sprječava nastanak dendrita. Upravo čvrsti elektrolit otkrila je Maria Helena Braga, zajedno sa Jorgeom Ferreirom, kada su radili u Nacionalnoj laboratoriji za energiju i geologiju.
Inovacija uključuje upotrebu čvrstog staklenog elektrolita, što omogućava upotrebu anode ugrađene u alkalne metale (litijum, čvrsti ili kalijum). Nešto što do sada nije bilo moguće. Upotreba staklastog elektrolita otvorila je svijet mogućnosti, kao što je povećanje gustoće energije katode i produžavanje životnog ciklusa baterije.
Otkriće je objavljeno u članku 2014. godine i privuklo je pažnju naučne zajednice. Zajednica koja uključuje Johna Goodenougha, “oca” današnje litijumske baterije. Bilo je prije 37 godina kada je zajedno izmislio tehnološki napredak koji je omogućio da litijum-jonske baterije postanu komercijalno održive. Profesor na Univerzitetu Teksas, 94-godišnjak nije mogao da obuzda svoj entuzijazam zbog otkrića portugalskog istraživača.
Maria Helena Braga nije dugo otputovala u SAD kako bi demonstrirala Johnu Goodenoughu da njen elektrolit staklastog tijela može provoditi ione istom brzinom kao tečni elektrolit. Od tada, oboje su sarađivali na istraživanju i razvoju solid-state baterija. Ova suradnja je već iznjedrila novu verziju elektrolita.
Goodenoughova intervencija u saradnji i razvoju solid-state baterije bila je ključna u davanju potrebnog kredibiliteta ovom otkriću.
Prednosti Solid State baterije
Prednosti su obećavajuće:- povećanje napona koji će omogućiti veću gustoću energije za isti volumen - omogućava kompaktniju bateriju
- omogućava brzo punjenje bez proizvodnje dendrita – preko 1200 ciklusa
- više ciklusa punjenja/pražnjenja koji omogućavaju duži vijek trajanja baterije
- omogućava rad u širem temperaturnom rasponu bez degradacije – prve baterije koje mogu raditi na -60º Celzijusa
- potencijalno niži trošak zahvaljujući upotrebi materijala kao što je natrij umjesto litija
Još jedna od velikih prednosti je to što se ćelije mogu graditi od ekološki prihvatljivih materijala, kao što je gore spomenuti natrij, koji se može ekstrahirati iz morske vode. Čak ni njihova mogućnost recikliranja nije problem. Jedina mana, ako to možete tako nazvati, je da postavljanje ovih čvrstih baterija zahtijeva suvo okruženje i po mogućnosti bez kisika.
NE PROPUSTITE: "Električni koridori" na ojačanim državnim autoputevima
Maria Helena Braga kaže da već postoje čvrste baterije: kovanice ili dugmaste, baterije veličine novčića koje se koriste, na primjer, u nekim satovima. Baterije drugih dimenzija su također testirane u laboratoriju.
Kada će se pojaviti ova vrsta baterije u automobilu?
Prema riječima Marije Helene Brage, to će sada ovisiti o industriji. Ovaj istraživač i Goodenough su već dokazali valjanost koncepta. Razvoj će morati da rade drugi. Drugim riječima, to neće biti sutra ili sljedeće godine.
Prelazak sa ovog laboratorijskog napretka na komercijalne proizvode je značajan izazov. Moglo bi proći još 15 godina prije nego što vidimo ovu novu vrstu baterija primijenjenu na električna vozila.
U osnovi, potrebno je pronaći skalabilne i isplative industrijske procese koji će omogućiti industrijalizaciju i komercijalizaciju ove nove vrste baterija. Drugi razlog je vezan za velika ulaganja koja su već uložena u unapređenje litijumskih baterija od strane najrazličitijih subjekata. Najpopularniji primjer će biti Teslina Gigafabrika.
Drugim riječima, u narednih 10 godina trebali bismo nastaviti da vidimo evoluciju litijumskih baterija. Očekuje se da će njihova energetska gustina porasti za oko 50% i da će se njihova cijena smanjiti za 50%. Ne treba očekivati brzi prelazak u automobilskoj industriji na solid-state baterije.
Ulaganja se usmjeravaju i na druge vrste baterija, s različitim kemijskim reakcijama, koje mogu postići i do 20 puta veću gustoću energije od trenutne litijum-jonske baterije. Ne samo da je superioran u odnosu na tri puta više što se postiže čvrstim baterijama, već bi, prema nekima, mogao stići na tržište prije ovih.
U svakom slučaju, budući scenario izgleda obećavajuće za električno vozilo. Ova vrsta napretka je ono što bi konačno trebalo da omogući nivoe konkurentnosti koji su jednaki vozilima sa motorima sa unutrašnjim sagorevanjem. Čak i tako, sa svim ovim napretcima, kao što je ovo otkriće Marije Helene Brage, moglo bi proći još 50 godina da električna vozila dostignu 70-80% udjela na globalnom tržištu.