შეასწორეთ ეს სახელი: მარია ჰელენა ბრაგა. ამ ასე ტიპიური პორტუგალიური სახელის მიღმა, ჩვენ ვპოულობთ მკვლევარს პორტოს უნივერსიტეტის საინჟინრო ფაკულტეტიდან, რომელმაც, თავისი მუშაობის წყალობით, შესაძლოა წვლილი შეიტანა ლითიუმ-იონური ბატარეის ტექნოლოგიის საბოლოო წინსვლაში.
მისი წვლილი ტრიალებს ელექტროლიტური მინის აღმოჩენის ირგვლივ და შეიძლება გამოიწვიოს ახალი თაობის ბატარეები - მყარი მდგომარეობა -, რომელიც იქნება უფრო უსაფრთხო, უფრო ეკოლოგიური, ხელმისაწვდომი და შეიძლება ჰქონდეს 3-ჯერ მეტი ტევადობა. იმის გასაგებად, თუ რატომ არის მთელი ეს ენთუზიაზმი, კარგი იდეაა იცოდეთ ლითიუმ-იონური (Li-ion) ბატარეების შესახებ.
ლითიუმ-იონური ბატარეები დღეს ყველაზე გავრცელებულია. მათ აქვთ ბევრი უპირატესობა სხვა ტიპის ბატარეებთან შედარებით, მაგრამ მათ ასევე აქვთ თავიანთი შეზღუდვები.
მათი პოვნა შეგვიძლია სმარტფონებზე, ელექტრო მანქანებსა და სხვა ელექტრონულ მოწყობილობებზე. საჭირო ენერგიის მიწოდებისთვის ისინი იყენებენ თხევად ელექტროლიტს ლითიუმის იონების გადასატანად ანოდსა (ბატარეის უარყოფითი მხარე) და კათოდს (დადებითი მხარე) შორის.
ეს სითხე საკითხის გულშია. ლითიუმის ბატარეების სწრაფმა დატენვამ ან განმუხტვამ შეიძლება გამოიწვიოს დენდრიტების წარმოქმნა, რომლებიც წარმოადგენენ ლითიუმის ძაფებს (გამტარებს). ამ ძაფებმა შეიძლება გამოიწვიოს შიდა მოკლე ჩართვა, რამაც შეიძლება გამოიწვიოს ხანძარი და აფეთქებაც კი.
მარია ჰელენა ბრაგას აღმოჩენა
თხევადი ელექტროლიტის მყარი ელექტროლიტით ჩანაცვლება ხელს უშლის დენდრიტების წარმოქმნას. ეს იყო ზუსტად მყარი ელექტროლიტი, რომელიც მარია ჰელენა ბრაგამ აღმოაჩინა ხორხე ფერეირასთან ერთად, როდესაც ისინი მუშაობდნენ ენერგეტიკისა და გეოლოგიის ეროვნულ ლაბორატორიაში.
ინოვაცია გულისხმობს მყარი მინის ელექტროლიტის გამოყენებას, რომელიც იძლევა ტუტე ლითონებში (ლითიუმი, მყარი ან კალიუმის) აგებული ანოდის გამოყენების საშუალებას. რაღაც რაც აქამდე შეუძლებელი იყო. მინისებური ელექტროლიტის გამოყენებამ გახსნა შესაძლებლობების სამყარო, როგორიცაა კათოდის ენერგიის სიმკვრივის გაზრდა და ბატარეის სიცოცხლის ციკლის გახანგრძლივება.
აღმოჩენა გამოქვეყნდა სტატიაში 2014 წელს და მიიპყრო სამეცნიერო საზოგადოების ყურადღება. საზოგადოება, რომელშიც შედის ჯონ გუდენაფი, დღევანდელი ლითიუმის ბატარეის „მამა“. 37 წლის წინ მან გამოიგონა ტექნოლოგიური წინსვლა, რამაც საშუალება მისცა ლითიუმ-იონური ბატარეები გამხდარიყო კომერციულად სიცოცხლისუნარიანი. ტეხასის უნივერსიტეტის პროფესორმა, 94 წლისამ ვერ შეიკავა ენთუზიაზმი პორტუგალიელი მკვლევარის აღმოჩენით.
დიდი დრო არ დასჭირდა მარია ჰელენა ბრაგას, გაემგზავრა აშშ-ში, რათა ეჩვენებინა ჯონ გუდენიუს, რომ მის მინისებურ ელექტროლიტს შეუძლია იონების გამტარობა ისეთივე სიჩქარით, როგორც თხევადი ელექტროლიტი. მას შემდეგ ორივე თანამშრომლობდა მყარი მდგომარეობის ბატარეის კვლევასა და განვითარებაზე. ამ თანამშრომლობამ უკვე შექმნა ელექტროლიტის ახალი ვერსია.
Goodenough-ის ჩარევა მყარი მდგომარეობის ბატარეის თანამშრომლობასა და განვითარებაში მნიშვნელოვანი იყო ამ აღმოჩენისთვის საჭირო სანდოობის მინიჭებაში.
მყარი მდგომარეობის ბატარეის უპირატესობები
უპირატესობები იმედისმომცემია:- ძაბვის გაზრდა, რაც საშუალებას მისცემს ენერგიის უფრო მეტ სიმკვრივეს იმავე მოცულობისთვის - საშუალებას იძლევა უფრო კომპაქტური ბატარეა
- საშუალებას იძლევა სწრაფი დატვირთვა დენდრიტის წარმოების გარეშე - 1200 ციკლზე მეტი
- მეტი დატენვის/დამუხტვის ციკლები, რაც იძლევა ბატარეის ხანგრძლივ ხანგრძლივობას
- საშუალებას იძლევა იმუშაოს უფრო ფართო ტემპერატურულ დიაპაზონში დეგრადაციის გარეშე - პირველი ბატარეები იმუშავებენ -60º ცელსიუსზე
- პოტენციურად დაბალი ღირებულება ლითიუმის ნაცვლად ისეთი მასალების გამოყენების გამო, როგორიცაა ნატრიუმი
კიდევ ერთი დიდი უპირატესობა ის არის, რომ უჯრედები შეიძლება აშენდეს ეკოლოგიურად სუფთა მასალებით, როგორიცაა ზემოხსენებული ნატრიუმი, რომელიც შეიძლება ამოღებული იყოს ზღვის წყლიდან. და მათი გადამუშავებაც კი არ არის პრობლემა. ერთადერთი მინუსი, თუ შეიძლება ასე დავარქვათ, არის ის, რომ ამ მყარი ბატარეების დამონტაჟება მოითხოვს მშრალ და სასურველია ჟანგბადისგან თავისუფალ გარემოს.
არ უნდა გამოტოვოთ: "ელექტრო დერეფნები" გამაგრებულ ეროვნულ მაგისტრალებზე
მარია ჰელენა ბრაგა ამბობს, რომ უკვე არსებობს მყარი მდგომარეობის ბატარეები: მონეტის ან ღილაკის უჯრედები, მონეტის ზომის ბატარეები, რომლებიც გამოიყენება, მაგალითად, ზოგიერთ საათში. სხვა განზომილების ბატარეები ასევე შემოწმებულია ლაბორატორიაში.
როდის მოხდება ამ ტიპის ბატარეა მანქანაში?
მარია ჰელენა ბრაგას თქმით, ახლა ეს ინდუსტრიაზე იქნება დამოკიდებული. ამ მკვლევარმა და Goodenough-მა უკვე დაამტკიცეს კონცეფციის მართებულობა. განვითარება სხვებმა უნდა გააკეთონ. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ეს არ იქნება ხვალ ან მომავალ წელს.
ამ ლაბორატორიული მიღწევებიდან კომერციულ პროდუქტებზე გადასვლა მნიშვნელოვანი გამოწვევაა. შეიძლება კიდევ 15 წელი დასჭირდეს, სანამ დავინახავთ ამ ახალი ტიპის ბატარეის გამოყენებას ელექტრო მანქანებზე.
ძირითადად, აუცილებელია ვიპოვოთ მასშტაბური და ეკონომიური სამრეწველო პროცესები, რომლებიც საშუალებას მისცემს ამ ახალი ტიპის ბატარეების ინდუსტრიალიზაციას და კომერციალიზაციას. კიდევ ერთი მიზეზი დაკავშირებულია იმ დიდ ინვესტიციებთან, რომლებიც უკვე განხორციელდა ლითიუმის ბატარეების განვითარებაში ყველაზე მრავალფეროვანი სუბიექტების მიერ. ყველაზე პოპულარული მაგალითი იქნება Tesla's Gigafactory.
სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, მომდევნო 10 წლის განმავლობაში ჩვენ უნდა გავაგრძელოთ ლითიუმის ბატარეების ევოლუცია. მათი ენერგეტიკული სიმკვრივე მოსალოდნელია გაიზრდება დაახლოებით 50%-ით და მათი ღირებულება 50%-ით დაიკლებს. არ არის მოსალოდნელი საავტომობილო ინდუსტრიის სწრაფი გადასვლა მყარი მდგომარეობის ბატარეებზე.
ინვესტიციები ასევე მიმართულია სხვა ტიპის ბატარეებზე, განსხვავებული ქიმიური რეაქციებით, რომლებსაც შეუძლიათ 20-ჯერ მეტი ენერგიის სიმკვრივის მიღწევა, ვიდრე ამჟამინდელი ლითიუმ-იონური ბატარეა. არა მხოლოდ ის აღემატება სამჯერ უფრო მეტს, რომელიც მიღწეულია მყარი ბატარეებით, არამედ, ზოგიერთის აზრით, მანამდეც შეიძლება მიაღწიოს ბაზარზე.
ყოველ შემთხვევაში, მომავალი სცენარი პერსპექტიულად გამოიყურება ელექტრომობილისთვის. ამ ტიპის წინსვლა არის ის, რაც საბოლოოდ უნდა დაუშვას შიდაწვის ძრავების მქონე მანქანების ექვივალენტური კონკურენტუნარიანობის დონეები. მიუხედავად ამისა, ყველა ამ მიღწევებით, როგორიცაა მარია ჰელენა ბრაგას ეს აღმოჩენა, შეიძლება კიდევ 50 წელი დასჭირდეს ელექტრომობილებს გლობალური ბაზრის 70-80%-ის წილის მიღწევას.