Lagaðu þetta nafn: Maria Helena Braga. Á bak við þetta svo dæmigerða portúgalska nafn finnum við fræðimann frá verkfræðideild háskólans í Porto sem, þökk sé vinnu sinni, gæti hafa stuðlað að endanlegri framþróun litíumjónarafhlöðutækni.
Framlag hans snýst um uppgötvun raflausnarglers og gæti gefið tilefni til nýrrar kynslóðar rafhlöðu – solid state – sem verða öruggari, vistvænni, hagkvæmari og geta haft allt að 3x meiri getu. Til að skilja hvers vegna allur þessi eldmóður er góð hugmynd að vita um lithium-ion (Li-ion) rafhlöður.
Li-ion rafhlöður eru algengastar í dag. Þær hafa marga kosti umfram aðrar gerðir af rafhlöðum, en þær hafa líka sínar takmarkanir.
Við getum fundið þá á snjallsímum, rafknúnum ökutækjum og öðrum raftækjum. Til að útvega nauðsynlega orku nota þeir fljótandi raflausn til að flytja litíumjónir á milli rafskautsins (neikvæð hlið rafhlöðunnar) og bakskautsins (jákvæð hlið).
Þessi vökvi er kjarni málsins. Hröð hleðsla eða afhleðsla á litíum rafhlöðum getur leitt til myndunar dendrita, sem eru litíum þráðar (leiðarar). Þessir þræðir geta valdið innri skammhlaupi sem getur valdið eldi og jafnvel sprengingum.
Uppgötvun Maríu Helenu Braga
Með því að skipta út fljótandi salta fyrir fastan raflausn kemur í veg fyrir myndun dendrita. Það var einmitt fast raflausn sem Maria Helena Braga uppgötvaði ásamt Jorge Ferreira þegar þau störfuðu á Rannsóknarstofu í orku- og jarðfræði.
Nýjungin felur í sér notkun á föstu glersalta, sem gerir kleift að nota rafskaut sem byggt er í alkalímálmum (litíum, föstu eða kalíum). Eitthvað sem var ekki hægt fyrr en núna. Notkun glersölts hefur opnað heim möguleika, eins og að auka orkuþéttleika bakskautsins og lengja líftíma rafhlöðunnar.
Uppgötvunin var birt í grein árið 2014 og fangaði athygli vísindasamfélagsins. Samfélag sem inniheldur John Goodenough, „faðir“ litíum rafhlöðunnar í dag. Það var fyrir 37 árum síðan að hann fann upp tækniframfarirnar sem gerðu litíumjónarafhlöðum kleift að verða hagkvæmar í atvinnuskyni. Prófessor við háskólann í Texas, hinn 94 ára gamli gat ekki hamið eldmóði sína fyrir uppgötvun portúgalska vísindamannsins.
Það tók ekki langan tíma fyrir Maria Helena Braga að ferðast til Bandaríkjanna til að sýna John Goodenough fram á að glersölturinn hennar gæti leitt jónir á sama hraða og fljótandi raflausn. Síðan þá hafa báðir unnið að rannsóknum og þróun rafhlöðu í föstu formi. Þetta samstarf hefur þegar leitt af sér nýja útgáfu af raflausninni.
Íhlutun Goodenough í samvinnu og þróun solid-state rafhlöðunnar hefur átt stóran þátt í að veita þessari uppgötvun nauðsynlegan trúverðugleika.
Kostir Solid State rafhlöðu
Kostirnir lofa góðu:- aukning á spennu sem mun leyfa meiri orkuþéttleika fyrir sama rúmmál - gerir ráð fyrir þéttari rafhlöðu
- gerir kleift að hlaða hratt án dendritframleiðslu - yfir 1200 lotur
- fleiri hleðslu/hleðslulotur sem leyfa lengri endingu rafhlöðunnar
- gerir kleift að starfa á breiðari hitastigi án þess að rýrnast - fyrstu rafhlöðurnar sem geta starfað við -60º Celsíus
- hugsanlega lægri kostnaður þökk sé notkun efna eins og natríums í stað litíums
Annar mikill kostur er að hægt er að byggja frumurnar með umhverfisvænum efnum eins og áðurnefndu natríum sem hægt er að vinna úr sjó. Og jafnvel endurvinnanleiki þeirra er ekki vandamál. Eini gallinn, ef hægt er að kalla það svo, er að það þarf þurrt og helst súrefnislaust umhverfi að setja upp þessar traustu rafhlöður.
EKKI MISSA: „Rafmagnsgangar“ á styrktum þjóðvegum
Maria Helena Braga segir að það séu nú þegar til solid state rafhlöður: mynt- eða hnappasellur, rafhlöður á stærð við mynt sem eru til dæmis notaðar í sumum úrum. Rafhlöður með öðrum stærðum hafa einnig verið prófaðar á rannsóknarstofunni.
Hvenær mun þessi tegund af rafhlöðu í bíl gerast?
Að sögn Maríu Helenu Braga mun það nú ráðast af atvinnugreininni. Þessi rannsakandi og Goodenough hafa þegar sannað réttmæti hugmyndarinnar. Þróun verður að vera í höndum annarra. Með öðrum orðum, það verður ekki á morgun eða á næsta ári.
Það er töluverð áskorun að flytja frá þessum framfarir á rannsóknarstofum yfir í vörur í verslun. Það gætu liðið 15 ár í viðbót áður en við sjáum þessa nýju tegund af rafhlöðu beitt á rafbíla.
Í grundvallaratriðum er nauðsynlegt að finna stigstærð og hagkvæm iðnaðarferli sem gerir iðnvæðingu og markaðssetningu þessarar nýju tegundar rafhlöðu kleift. Önnur ástæða er tengd þeim miklu fjárfestingum sem þegar hafa verið gerðar í framþróun litíumrafhlöðu af fjölbreyttustu aðilum. Vinsælasta dæmið er Tesla's Gigafactory.
Með öðrum orðum, á næstu 10 árum ættum við að halda áfram að sjá þróun litíum rafhlöður. Gert er ráð fyrir að orkuþéttleiki þeirra hækki um 50% og kostnaður þeirra lækki um 50%. Ekki er að búast við hröðum breytingum í bílaiðnaðinum yfir í solid-state rafhlöður.
Fjárfestingum er einnig beint að öðrum gerðum rafgeyma, með mismunandi efnahvörfum, sem geta náð allt að 20 sinnum meiri orkuþéttleika en núverandi litíumjónarafhlaða. Það er ekki aðeins betra en þrisvar sinnum meira sem fæst með traustum rafhlöðum, heldur gæti það, að sögn sumra, komið á markaðinn á undan þeim.
Engu að síður lítur framtíðaratburðarásin út fyrir rafbíla. Þessi tegund framfara er það sem ætti að lokum að leyfa samkeppnishæfni sem jafngildir ökutækjum með brunahreyfla. Þrátt fyrir það, með öllum þessum framförum, eins og þessari uppgötvun Maríu Helenu Braga, gæti það tekið 50 ár í viðbót fyrir rafbíla að ná 70-80% hlutdeild á heimsmarkaði.