Trwsiwch yr enw hwn: Maria Helena Braga. Y tu ôl i'r enw Portiwgaleg hwn sydd mor nodweddiadol, rydym yn dod o hyd i ymchwilydd o Gyfadran Peirianneg Prifysgol Porto a allai, diolch i'w gwaith, fod wedi cyfrannu at ddatblygiad diffiniol technoleg batri lithiwm-ion.
Mae ei gyfraniad yn ymwneud â darganfod gwydr electrolyt, a gallai arwain at genhedlaeth newydd o fatris - cyflwr solet -, a fydd yn fwy diogel, yn fwy ecolegol, yn fforddiadwy ac yn gallu bod â hyd at 3x yn fwy o gapasiti. Er mwyn deall pam yr holl frwdfrydedd hwn, mae'n syniad da gwybod am fatris lithiwm-ion (Li-ion).
Batris Li-ion yw'r rhai mwyaf cyffredin heddiw. Mae ganddyn nhw lawer o fanteision dros fathau eraill o fatris, ond mae ganddyn nhw eu cyfyngiadau hefyd.
Gallwn ddod o hyd iddynt ar ffonau smart, cerbydau trydan a dyfeisiau electronig eraill. Er mwyn cyflenwi'r egni angenrheidiol, maen nhw'n defnyddio electrolyt hylif i gludo ïonau lithiwm rhwng yr anod (ochr negyddol y batri) a'r catod (ochr gadarnhaol).
Mae'r hylif hwn wrth wraidd y mater. Gall gwefru neu ollwng batris lithiwm yn gyflym arwain at ffurfio dendritau, sy'n ffilamentau lithiwm (dargludyddion). Gall y ffilamentau hyn achosi cylchedau byr mewnol a all achosi tanau a hyd yn oed ffrwydradau.
Darganfyddiad Maria Helena Braga
Mae disodli'r electrolyt hylif ag electrolyt solet yn atal ffurfio dendrites. Roedd yn union electrolyt solet y darganfu Maria Helena Braga, ynghyd â Jorge Ferreira, pan oeddent yn gweithio yn y Labordy Cenedlaethol dros Ynni a Daeareg.
Mae'r arloesedd yn cynnwys defnyddio electrolyt gwydr solet, sy'n caniatáu defnyddio anod wedi'i adeiladu mewn metelau alcali (lithiwm, solid neu potasiwm). Rhywbeth nad oedd yn bosibl tan nawr. Mae defnyddio electrolyt bywiog wedi agor byd o bosibiliadau, megis cynyddu dwysedd ynni'r catod ac ymestyn cylch bywyd y batri.
Cyhoeddwyd y darganfyddiad mewn erthygl yn 2014 ac fe ddaliodd sylw'r gymuned wyddonol. Cymuned sy’n cynnwys John Goodenough, “tad” batri lithiwm heddiw. Roedd yn 37 mlynedd yn ôl iddo gyd-ddyfeisio'r cynnydd technolegol a oedd yn caniatáu i fatris lithiwm-ion ddod yn fasnachol hyfyw. Ni allai athro ym Mhrifysgol Texas, y dyn 94 oed gynnwys ei frwdfrydedd dros ddarganfyddiad yr ymchwilydd o Bortiwgal.
Ni chymerodd hir i Maria Helena Braga deithio i'r UD i ddangos i John Goodenough y gallai ei electrolyt bywiog gynnal ïonau ar yr un cyflymder ag electrolyt hylif. Ers hynny, mae'r ddau wedi cydweithredu ar ymchwil a datblygu batri cyflwr solid. Mae'r cydweithrediad hwn eisoes wedi silio fersiwn newydd o'r electrolyt.
Mae ymyrraeth Goodenough wrth gydweithredu a datblygu'r batri cyflwr solid wedi bod yn allweddol wrth roi'r hygrededd angenrheidiol i'r darganfyddiad hwn.
Manteision Batri Gwladwriaeth Solid
Mae'r manteision yn addawol:- cynnydd mewn foltedd a fydd yn caniatáu mwy o ddwysedd ynni ar gyfer yr un cyfaint - yn caniatáu ar gyfer batri mwy cryno
- yn caniatáu llwytho'n gyflym heb gynhyrchu dendrite - dros 1200 o gylchoedd
- mwy o gylchoedd gwefru / rhyddhau sy'n caniatáu am oes batri hirach
- yn caniatáu i weithredu mewn ystod tymheredd ehangach heb ddiraddio - y batris cyntaf i allu gweithredu ar -60º Celsius
- cost is o bosibl diolch i ddefnyddio deunyddiau fel sodiwm yn lle lithiwm
Un arall o'r manteision mawr yw y gellir adeiladu'r celloedd gyda deunyddiau sy'n gyfeillgar i'r amgylchedd, fel y sodiwm uchod, y gellir ei dynnu o ddŵr y môr. Ac nid yw hyd yn oed eu gallu i ailgylchu yn broblem. Yr unig anfantais, os gallwch chi ei alw'n hynny, yw bod angen amgylchedd sych a di-ocsigen yn ddelfrydol ar gyfer gosod y batris solet hyn.
NI CHANIATEIR: "Coridorau trydan" ar briffyrdd cenedlaethol wedi'u hatgyfnerthu
Dywed Maria Helena Braga fod batris cyflwr solid eisoes: celloedd darn arian neu botwm, batris maint darn arian a ddefnyddir, er enghraifft, mewn rhai oriorau. Mae batris â dimensiynau eraill hefyd wedi'u profi yn y labordy.
Pryd fydd y math hwn o fatri mewn car yn digwydd?
Yn ôl Maria Helena Braga, bydd nawr yn dibynnu ar y diwydiant. Mae'r ymchwilydd hwn a Goodenough eisoes wedi profi dilysrwydd y cysyniad. Bydd yn rhaid i eraill ddatblygu. Hynny yw, ni fydd yfory na'r flwyddyn nesaf.
Mae symud o'r datblygiadau labordy hyn i gynhyrchion masnachol yn her sylweddol. Gallai gymryd 15 mlynedd arall cyn i ni weld y math newydd hwn o fatri yn cael ei gymhwyso i gerbydau trydan.
Yn y bôn, mae angen dod o hyd i brosesau diwydiannol graddadwy a chost-effeithiol sy'n caniatáu diwydiannu a masnacheiddio'r math newydd hwn o fatris. Mae rheswm arall yn gysylltiedig â'r buddsoddiadau mawr a wnaed eisoes wrth hyrwyddo batris lithiwm gan yr endidau mwyaf amrywiol. Yr enghraifft fwyaf poblogaidd fydd Gigafactory Tesla.
Hynny yw, dros y 10 mlynedd nesaf dylem barhau i weld esblygiad batris lithiwm. Disgwylir i'w dwysedd ynni godi tua 50% a disgwylir i'w cost ostwng 50%. Ni ddisgwylir newid cyflym yn y diwydiant modurol i fatris cyflwr solid.
Mae buddsoddiadau hefyd yn cael eu cyfeirio tuag at fathau eraill o fatris, gyda gwahanol adweithiau cemegol, a all gyflawni hyd at 20 gwaith yn fwy o ddwysedd ynni na batri lithiwm-ion cyfredol. Nid yn unig y mae'n well na'r tair gwaith yn fwy a gyflawnir gan fatris solet, ond, yn ôl rhai, gallai gyrraedd y farchnad cyn y rhain.
Beth bynnag, mae'r senario yn y dyfodol yn edrych yn addawol i'r cerbyd trydan. Y math hwn o blaenswm yw'r hyn a ddylai ganiatáu o'r diwedd ar gyfer lefelau cystadleurwydd sy'n cyfateb i gerbydau â pheiriannau tanio mewnol. Er hynny, gyda'r holl ddatblygiadau hyn, fel y darganfyddiad hwn gan Maria Helena Braga, gallai gymryd 50 mlynedd arall i gerbydau trydan gyrraedd cyfran 70-80% o'r farchnad fyd-eang.