Opravte toto jméno: Maria Helena Braga. Za tímto tak typicky portugalským jménem najdeme výzkumnici z Fakulty inženýrství Univerzity v Portu, která díky své práci mohla přispět k definitivnímu pokroku technologie lithium-iontových baterií.
Jeho příspěvek se točí kolem objevu elektrolytického skla a mohl by dát vzniknout nové generaci baterií – solid state –, které budou bezpečnější, ekologičtější, cenově dostupné a mohou mít až 3x větší kapacitu. Abyste pochopili, proč všechno to nadšení, je dobré vědět o lithium-iontových (Li-ion) bateriích.
Li-ion baterie jsou dnes nejrozšířenější. Oproti jiným typům baterií mají spoustu výhod, ale mají i svá omezení.
Najdeme je na chytrých telefonech, elektromobilech a dalších elektronických zařízeních. K dodání potřebné energie využívají kapalný elektrolyt k transportu lithných iontů mezi anodou (záporná strana baterie) a katodou (kladná strana).
Tato kapalina je jádrem věci. Rychlé nabíjení nebo vybíjení lithiových baterií může vést k tvorbě dendritů, což jsou lithiová vlákna (vodiče). Tato vlákna mohou způsobit vnitřní zkraty, které mohou způsobit požáry nebo dokonce výbuchy.
Objev Marie Heleny Braga
Nahrazením kapalného elektrolytu pevným elektrolytem se zabrání tvorbě dendritů. Byl to právě pevný elektrolyt, který Maria Helena Braga objevila spolu s Jorgem Ferreirou, když pracovali v Národní laboratoři pro energetiku a geologii.
Inovace spočívá v použití pevného skleněného elektrolytu, který umožňuje použití anody zabudované v alkalických kovech (lithium, pevná látka nebo draslík). Něco, co dosud nebylo možné. Použití sklovitého elektrolytu otevřelo svět možností, jako je zvýšení hustoty energie katody a prodloužení životnosti baterie.
Objev byl publikován v článku v roce 2014 a upoutal pozornost vědecké komunity. Komunita, která zahrnuje Johna Goodenougha, „otce“ dnešní lithiové baterie. Bylo to před 37 lety, kdy spoluvynalezl technologický pokrok, který umožnil, aby se lithium-iontové baterie staly komerčně životaschopnými. Profesor na Texaské univerzitě, 94letý muž, nedokázal udržet nadšení z objevu portugalského badatele.
Netrvalo dlouho a Maria Helena Braga cestovala do USA, aby Johnu Goodenoughovi předvedla, že její skelný elektrolyt může vést ionty stejnou rychlostí jako tekutý elektrolyt. Od té doby oba spolupracují na výzkumu a vývoji polovodičových baterií. Tato spolupráce již dala vzniknout nové verzi elektrolytu.
Goodenoughův zásah do spolupráce a vývoje polovodičové baterie pomohl tomuto objevu poskytnout nezbytnou důvěryhodnost.
Výhody polovodičové baterie
Výhody jsou slibné:- zvýšení napětí, které umožní větší hustotu energie pro stejný objem - umožňuje kompaktnější baterii
- umožňuje rychlé zatížení bez tvorby dendritů – více než 1200 cyklů
- více cyklů nabíjení/vybíjení, které umožňují delší životnost baterie
- umožňuje provoz v širším teplotním rozsahu bez degradace – první baterie schopné provozu při -60º Celsia
- potenciálně nižší náklady díky použití materiálů, jako je sodík místo lithia
Další z velkých výhod je, že články lze postavit z materiálů šetrných k životnímu prostředí, jako je již zmíněný sodík, který lze extrahovat z mořské vody. A ani jejich recyklovatelnost není problém. Jedinou nevýhodou, dá-li se to tak nazvat, je, že montáž těchto pevných baterií vyžaduje suché a nejlépe bezkyslíkové prostředí.
NEPŘEHLÉDNĚTE: „Elektrické koridory“ na zpevněných vnitrostátních dálnicích
Maria Helena Braga říká, že už existují baterie v pevném stavu: mince nebo knoflíkové články, baterie velikosti mince, které se používají například v některých hodinkách. Laboratorně byly testovány i baterie s jinými rozměry.
Kdy se tento typ baterie v autě stane?
Podle Marie Heleny Braga bude nyní záležet na odvětví. Tento výzkumník a Goodenough již prokázali platnost tohoto konceptu. Vývoj budou muset udělat jiní. Jinými slovy, nebude to zítra ani příští rok.
Přechod od těchto laboratorních pokroků ke komerčním produktům je značnou výzvou. Mohlo by trvat dalších 15 let, než uvidíme tento nový typ baterie aplikovaný na elektrická vozidla.
V zásadě je nutné najít škálovatelné a nákladově efektivní průmyslové procesy, které umožní industrializaci a komercializaci tohoto nového typu baterií. Dalším důvodem jsou již velké investice do rozvoje lithiových baterií ze strany nejrůznějších subjektů. Nejoblíbenějším příkladem bude Tesla Gigafactory.
Jinými slovy, během příštích 10 let bychom měli pokračovat v evoluci lithiových baterií. Očekává se, že jejich energetická hustota vzroste přibližně o 50 % a jejich cena se očekává snížení o 50 %. Rychlý přechod v automobilovém průmyslu k polovodičovým bateriím nelze očekávat.
Investice směřují i do jiných typů baterií s odlišnými chemickými reakcemi, které mohou dosáhnout až 20krát větší hustoty energie než současná lithium-iontová baterie. Nejen, že je lepší než třikrát více, kterého dosáhly pevné baterie, ale podle některých by se mohl dostat na trh dříve.
Každopádně budoucí scénář pro elektromobil vypadá slibně. Tento typ pokroku by měl konečně umožnit úroveň konkurenceschopnosti ekvivalentní vozidlům se spalovacími motory. I tak by se všemi těmito pokroky, jako je tento objev Marie Heleny Braga, mohlo trvat dalších 50 let, než elektromobily dosáhnou 70-80% podílu na celosvětovém trhu.