Korjaa tämä nimi: Maria Helena Braga. Tämän niin tyypillisen portugalilaisen nimen takaa löytyy Porton yliopiston tekniikan tiedekunnan tutkija, joka työnsä ansiosta on saattanut myötävaikuttaa litiumioniakkuteknologian lopulliseen kehitykseen.
Hänen panoksensa pyörii elektrolyyttilasin löytämisen ympärillä, ja se voi synnyttää uuden sukupolven akkuja – solid-state-akkuja, jotka ovat turvallisempia, ekologisempia, edullisempia ja joiden kapasiteetti voi olla jopa 3x suurempi. Ymmärtääksesi miksi tämä innostus on hyvä tietää litiumioniakuista (Li-ion).
Li-ion-akut ovat nykyään yleisimpiä. Niillä on paljon etuja muihin akkutyyppeihin verrattuna, mutta niillä on myös rajoituksensa.
Löydämme ne älypuhelimista, sähköajoneuvoista ja muista elektronisista laitteista. Tarvittavan energian toimittamiseksi ne käyttävät nestemäistä elektrolyyttiä litiumionien kuljettamiseen anodin (akun negatiivinen puoli) ja katodin (positiivinen puoli) välillä.
Tämä neste on asian ytimessä. Litiumakkujen nopea lataaminen tai purkaminen voi johtaa dendriittien muodostumiseen, jotka ovat litiumfilamentteja (johtimia). Nämä filamentit voivat aiheuttaa sisäisiä oikosulkuja, jotka voivat aiheuttaa tulipaloja ja jopa räjähdyksiä.
Maria Helena Bragan löytö
Nestemäisen elektrolyytin korvaaminen kiinteällä elektrolyytillä estää dendriittien muodostumisen. Maria Helena Braga löysi kiinteän elektrolyytin yhdessä Jorge Ferreiran kanssa, kun he työskentelivät kansallisessa energia- ja geologian laboratoriossa.
Innovaatiossa käytetään kiinteää lasielektrolyyttiä, joka mahdollistaa alkalimetallien (litium, kiinteä tai kalium) sisäänrakennetun anodin käytön. Jotain, mikä ei ollut mahdollista tähän asti. Lasaisen elektrolyytin käyttö on avannut mahdollisuuksien maailman, kuten katodin energiatiheyden lisäämisen ja akun käyttöiän pidentämisen.
Löytö julkaistiin artikkelissa vuonna 2014, ja se kiinnitti tiedeyhteisön huomion. Yhteisö, johon kuuluu John Goodenough, nykypäivän litiumakun "isä". Hän keksi 37 vuotta sitten teknologisen edistyksen, jonka ansiosta litiumioniakuista tuli kaupallisesti kannattavia. Teksasin yliopiston professori, 94-vuotias mies ei voinut hillitä innostustaan portugalilaisen tutkijan löydöstä.
Ei kestänyt kauan, kun Maria Helena Braga matkusti Yhdysvaltoihin osoittaakseen John Goodenoughille, että hänen lasimaisen elektrolyyttinsä voi johtaa ioneja samalla nopeudella kuin nestemäinen elektrolyytti. Siitä lähtien molemmat ovat tehneet yhteistyötä solid-state-akkujen tutkimuksessa ja kehittämisessä. Tämä yhteistyö on jo synnyttänyt uuden version elektrolyytistä.
Goodenoughin puuttuminen solid-state-akun yhteistyöhön ja kehittämiseen on auttanut antamaan tälle löydölle tarvittavan uskottavuuden.
Solid State -akun edut
Edut ovat lupaavia:- jännitteen nousu, joka mahdollistaa suuremman energiatiheyden samalla tilavuudella - mahdollistaa kompaktimman akun
- mahdollistaa nopean lataamisen ilman dendriittituotantoa – yli 1200 sykliä
- enemmän lataus-/purkausjaksoja, mikä mahdollistaa pidemmän akun käyttöiän
- mahdollistaa toiminnan laajemmalla lämpötila-alueella ilman hajoamista – ensimmäiset paristot, jotka voivat toimia -60 celsiusasteessa
- mahdollisesti alhaisemmat kustannukset, koska käytetään materiaaleja, kuten natriumia litiumin sijaan
Toinen suuria etuja on, että kennot voidaan rakentaa ympäristöystävällisistä materiaaleista, kuten edellä mainitusta natriumista, joka voidaan uuttaa merivedestä. Eikä edes niiden kierrätettävyys ole ongelma. Ainoa haittapuoli, jos sitä niin voi kutsua, on, että näiden kiinteiden akkujen asentaminen vaatii kuivan ja mieluiten hapettoman ympäristön.
EI saa missata: "Sähkökäytävät" vahvistetuilla valtateillä
Maria Helena Braga kertoo, että puolijohdeakkuja on jo olemassa: kolikko- tai nappiparistoja, kolikkokokoisia paristoja, joita käytetään esimerkiksi joissakin kelloissa. Laboratoriossa on testattu myös muun kokoisia paristoja.
Milloin tällainen akku tulee autoon?
Maria Helena Bragan mukaan se riippuu nyt toimialasta. Tämä tutkija ja Goodenough ovat jo todistaneet käsitteen pätevyyden. Kehitys on muiden tehtävä. Toisin sanoen se ei ole huomenna tai ensi vuonna.
Siirtyminen näistä laboratorioista kaupallisiin tuotteisiin on huomattava haaste. Voi kestää vielä 15 vuotta, ennen kuin näemme tämän uudentyyppisen akun käytettävän sähköajoneuvoissa.
Pohjimmiltaan on tarpeen löytää skaalautuvat ja kustannustehokkaat teolliset prosessit, jotka mahdollistavat tämän uudentyyppisten akkujen teollistumisen ja kaupallistamisen. Toinen syy liittyy useiden eri tahojen jo tekemiin suuriin investointeihin litiumakkujen kehittämiseen. Suosituin esimerkki on Teslan Gigafactory.
Toisin sanoen seuraavien 10 vuoden aikana meidän pitäisi jatkaa litiumakkujen kehitystä. Niiden energiatiheyden odotetaan nousevan noin 50 % ja niiden kustannusten laskevan 50 %. Autoteollisuuden nopeaa siirtymistä solid-state-akkuihin ei ole odotettavissa.
Investointeja suunnataan myös muuntyyppisiin akkuihin, joissa on erilaisia kemiallisia reaktioita ja joilla voidaan saavuttaa jopa 20 kertaa suurempi energiatiheys kuin nykyisellä litiumioniakulla. Se ei ole vain ylivoimainen kiinteillä akuilla saavutettua kolme kertaa enemmän, vaan se voisi joidenkin mielestä päästä markkinoille ennen näitä.
Joka tapauksessa tulevaisuuden skenaario näyttää lupaavalta sähköauton osalta. Tämän tyyppisen edistyksen pitäisi vihdoin mahdollistaa polttomoottorilla varustettujen ajoneuvojen kilpailukykyä vastaava taso. Kaikilla näillä edistyksillä, kuten Maria Helena Bragan löydöllä, voi kuitenkin kestää vielä 50 vuotta, ennen kuin sähköajoneuvot saavuttavat 70–80 prosentin osuuden maailmanmarkkinoista.