Ret dette navn: Maria Helena Braga. Bag dette så typisk portugisiske navn finder vi en forsker fra fakultetet for ingeniørvidenskab ved universitetet i Porto, som takket være sit arbejde kan have bidraget til det definitive fremskridt inden for lithium-ion batteriteknologi.
Hans bidrag kredser om opdagelsen af elektrolytglas og kan give anledning til en ny generation af batterier – solid state – som vil være sikrere, mere økologiske, overkommelige og kan have op til 3 gange større kapacitet. For at forstå hvorfor al denne entusiasme er det en god idé at kende til lithium-ion (Li-ion) batterier.
Li-ion batterier er de mest almindelige i dag. De har en masse fordele i forhold til andre typer batterier, men de har også deres begrænsninger.
Vi kan finde dem på smartphones, elektriske køretøjer og andre elektroniske enheder. For at levere den nødvendige energi bruger de en flydende elektrolyt til at transportere lithium-ioner mellem anoden (negativ side af batteriet) og katoden (positiv side).
Denne væske er kernen i sagen. Hurtig opladning eller afladning af lithiumbatterier kan føre til dannelse af dendritter, som er lithiumfilamenter (ledere). Disse filamenter kan forårsage interne kortslutninger, som kan forårsage brande og endda eksplosioner.
Opdagelsen af Maria Helena Braga
Udskiftning af den flydende elektrolyt med en fast elektrolyt forhindrer dannelsen af dendritter. Det var netop en fast elektrolyt, som Maria Helena Braga opdagede sammen med Jorge Ferreira, da de arbejdede på National Laboratory for Energy and Geology.
Innovationen involverer brugen af en solid glaselektrolyt, som tillader brugen af en anode bygget i alkalimetaller (lithium, fast eller kalium). Noget der ikke var muligt indtil nu. Brugen af en glasagtig elektrolyt har åbnet en verden af muligheder, såsom at øge katodens energitæthed og forlænge batteriets levetid.
Opdagelsen blev offentliggjort i en artikel i 2014 og fangede det videnskabelige samfunds opmærksomhed. Fællesskab, der inkluderer John Goodenough, "faderen" til nutidens lithiumbatteri. Det var 37 år siden, han var med til at opfinde det teknologiske fremskridt, der gjorde det muligt for lithium-ion-batterier at blive kommercielt levedygtige. En professor ved University of Texas, den 94-årige kunne ikke dæmme op for sin begejstring for den portugisiske forskers opdagelse.
Det tog ikke lang tid for Maria Helena Braga at rejse til USA for at demonstrere over for John Goodenough, at hendes glaslegemeelektrolyt kunne lede ioner med samme hastighed som en flydende elektrolyt. Siden da har begge samarbejdet om forskning og udvikling af solid-state batterier. Dette samarbejde har allerede affødt en ny version af elektrolytten.
Goodenoughs indgriben i samarbejdet og udviklingen af solid-state-batteriet har været medvirkende til at give den nødvendige troværdighed til denne opdagelse.
Fordele ved Solid State-batteri
Fordelene er lovende:- stigning i spænding, der vil tillade større energitæthed for samme volumen - giver mulighed for et mere kompakt batteri
- tillader hurtig indlæsning uden dendritproduktion – over 1200 cyklusser
- flere opladnings-/afladningscyklusser, der giver længere batterilevetid
- gør det muligt at arbejde i et bredere temperaturområde uden forringelse – de første batterier kan fungere ved -60º Celsius
- potentielt lavere omkostninger takket være brugen af materialer som natrium i stedet for lithium
En anden af de helt store fordele er, at cellerne kan bygges med miljøvenlige materialer, såsom førnævnte natrium, der kan udvindes af havvand. Og selv deres genanvendelighed er ikke et problem. Den eneste ulempe, hvis man kan kalde det sådan, er, at montering af disse solide batterier kræver et tørt og gerne iltfrit miljø.
IKKE MÅ GLIPPES: "Elektriske korridorer" på forstærkede nationale motorveje
Maria Helena Braga fortæller, at der allerede findes solid state-batterier: mønt- eller knapceller, møntstore batterier, der for eksempel bruges i nogle ure. Batterier med andre dimensioner er også blevet testet i laboratoriet.
Hvornår vil denne type batteri i en bil ske?
Ifølge Maria Helena Braga kommer det nu til at afhænge af branchen. Denne forsker og Goodenough har allerede bevist gyldigheden af konceptet. Udvikling skal udføres af andre. Det bliver med andre ord hverken i morgen eller næste år.
At flytte fra disse laboratoriefremskridt til kommercielle produkter er en betydelig udfordring. Det kan tage yderligere 15 år, før vi ser denne nye type batteri anvendt på elektriske køretøjer.
Grundlæggende er det nødvendigt at finde skalerbare og omkostningseffektive industrielle processer, der tillader industrialisering og kommercialisering af denne nye type batterier. En anden grund er relateret til de store investeringer, der allerede er foretaget i fremme af lithiumbatterier af de mest forskellige enheder. Det mest populære eksempel vil være Teslas Gigafactory.
Med andre ord, i løbet af de næste 10 år bør vi fortsætte med at se udviklingen af lithium-batterier. Deres energitæthed forventes at stige med omkring 50 %, og deres omkostninger forventes at falde med 50 %. Et hurtigt skift i bilindustrien til solid-state batterier er ikke at forvente.
Der investeres også i andre typer batterier, med forskellige kemiske reaktioner, som kan opnå op til 20 gange større energitæthed end et nuværende lithium-ion-batteri. Ikke alene er det overlegent i forhold til de tre gange mere opnået med solide batterier, men ifølge nogle kan det nå markedet før disse.
I hvert fald ser fremtidsscenariet lovende ud for det elektriske køretøj. Denne form for fremskridt er det, der endelig skal give mulighed for niveauer af konkurrenceevne svarende til køretøjer med forbrændingsmotorer. Alligevel kan det med alle disse fremskridt, såsom denne opdagelse af Maria Helena Braga, tage yderligere 50 år for elektriske køretøjer at nå en andel på 70-80 % af det globale marked.