Betulkan nama ini: Maria Helena Braga. Di sebalik nama lazimnya Portugis ini, kami menjumpai seorang penyelidik dari Fakulti Kejuruteraan Universiti Porto yang, terima kasih kepada kerjanya, mungkin telah menyumbang kepada kemajuan pasti teknologi bateri lithium-ion.
Sumbangannya berkisar pada penemuan kaca elektrolit, dan boleh menghasilkan bateri generasi baharu – keadaan pepejal -, yang akan lebih selamat, lebih ekologi, mampu milik dan boleh mempunyai kapasiti sehingga 3x ganda. Untuk memahami mengapa semua keghairahan ini, adalah idea yang baik untuk mengetahui tentang bateri litium-ion (Li-ion).
Bateri li-ion adalah yang paling biasa hari ini. Mereka mempunyai banyak kelebihan berbanding jenis bateri lain, tetapi mereka juga mempunyai hadnya.
Kita boleh menemuinya pada telefon pintar, kenderaan elektrik dan peranti elektronik lain. Untuk membekalkan tenaga yang diperlukan, mereka menggunakan elektrolit cecair untuk mengangkut ion litium antara anod (sebelah negatif bateri) dan katod (sebelah positif).
Cecair ini berada di tengah-tengah perkara itu. Pengecasan pantas atau nyahcas bateri litium boleh menyebabkan pembentukan dendrit, iaitu filamen litium (konduktor). Filamen ini boleh menyebabkan litar pintas dalaman yang boleh menyebabkan kebakaran dan juga letupan.
Penemuan Maria Helena Braga
Menggantikan elektrolit cecair dengan elektrolit pepejal menghalang pembentukan dendrit. Ia adalah elektrolit pepejal yang ditemui Maria Helena Braga, bersama-sama dengan Jorge Ferreira, ketika mereka bekerja di Makmal Kebangsaan untuk Tenaga dan Geologi.
Inovasi itu melibatkan penggunaan elektrolit kaca pepejal, yang membolehkan penggunaan anod terbina dalam logam alkali (lithium, pepejal atau kalium). Sesuatu yang tidak mungkin sehingga kini. Penggunaan elektrolit vitreous telah membuka dunia kemungkinan, seperti meningkatkan ketumpatan tenaga katod dan memanjangkan kitaran hayat bateri.
Penemuan itu diterbitkan dalam artikel pada 2014 dan menarik perhatian komuniti saintifik. Komuniti yang merangkumi John Goodenough, "bapa" bateri litium hari ini. 37 tahun lalu dia mencipta bersama kemajuan teknologi yang membolehkan bateri litium-ion menjadi berdaya maju secara komersial. Seorang profesor di Universiti Texas, 94 tahun itu tidak dapat menahan semangatnya terhadap penemuan penyelidik Portugis itu.
Tidak mengambil masa yang lama untuk Maria Helena Braga pergi ke AS untuk menunjukkan kepada John Goodenough bahawa elektrolit vitreousnya boleh mengalirkan ion pada kelajuan yang sama seperti elektrolit cecair. Sejak itu, kedua-duanya telah bekerjasama dalam penyelidikan dan pembangunan bateri keadaan pepejal. Kerjasama ini telah menghasilkan versi baharu elektrolit.
Campur tangan Goodenough dalam kerjasama dan pembangunan bateri keadaan pepejal telah memainkan peranan penting dalam memberikan kredibiliti yang diperlukan kepada penemuan ini.
Kelebihan Bateri Keadaan Pepejal
Kelebihannya menjanjikan:- peningkatan dalam voltan yang akan membolehkan ketumpatan tenaga yang lebih besar untuk volum yang sama - membolehkan bateri yang lebih padat
- membolehkan pemuatan pantas tanpa pengeluaran dendrit – lebih 1200 kitaran
- lebih banyak kitaran cas/nyahcas yang membolehkan hayat bateri lebih lama
- membolehkan untuk beroperasi dalam julat suhu yang lebih luas tanpa degradasi – bateri pertama boleh beroperasi pada -60º Celsius
- kos yang berpotensi lebih rendah berkat penggunaan bahan seperti natrium dan bukannya litium
Satu lagi kelebihan hebat ialah sel boleh dibina dengan bahan mesra alam, seperti natrium yang disebutkan di atas, yang boleh diekstrak daripada air laut. Malah kebolehkitar semula mereka tidak menjadi masalah. Satu-satunya kelemahan, jika anda boleh menyebutnya begitu, ialah pemasangan bateri pepejal ini memerlukan persekitaran yang kering dan lebih baik bebas oksigen.
TIDAK TERLEPAS: "Koridor elektrik" di lebuh raya negara bertetulang
Maria Helena Braga mengatakan bahawa sudah ada bateri keadaan pepejal: sel syiling atau butang, bateri bersaiz syiling yang digunakan, contohnya, dalam beberapa jam tangan. Bateri dengan dimensi lain juga telah diuji di makmal.
Bilakah bateri jenis ini di dalam kereta akan berlaku?
Menurut Maria Helena Braga, ia kini bergantung kepada industri. Penyelidik dan Goodenough ini telah pun membuktikan kesahihan konsep tersebut. Pembangunan perlu dilakukan oleh orang lain. Dalam erti kata lain, ia tidak akan menjadi esok atau tahun depan.
Beralih daripada kemajuan makmal ini kepada produk komersial adalah satu cabaran yang besar. Ia mungkin mengambil masa 15 tahun lagi sebelum kita melihat jenis bateri baharu ini digunakan pada kenderaan elektrik.
Pada asasnya, adalah perlu untuk mencari proses perindustrian berskala dan kos efektif yang membolehkan pengindustrian dan pengkomersilan jenis bateri baharu ini. Sebab lain adalah berkaitan dengan pelaburan besar yang telah dibuat dalam kemajuan bateri litium oleh entiti yang paling pelbagai. Contoh yang paling popular ialah Tesla's Gigafactory.
Dalam erti kata lain, dalam tempoh 10 tahun akan datang kita harus terus melihat evolusi bateri litium. Ketumpatan tenaga mereka dijangka meningkat sekitar 50% dan kosnya dijangka turun sebanyak 50%. Peralihan pesat dalam industri automotif kepada bateri keadaan pepejal tidak dijangka.
Pelaburan juga ditujukan kepada jenis bateri lain, dengan tindak balas kimia yang berbeza, yang boleh mencapai sehingga 20 kali lebih ketumpatan tenaga daripada bateri litium-ion semasa. Ia bukan sahaja lebih baik daripada tiga kali ganda yang dicapai oleh bateri pepejal, tetapi, menurut sesetengah orang, ia boleh mencapai pasaran sebelum ini.
Bagaimanapun, senario masa depan kelihatan menjanjikan untuk kenderaan elektrik itu. Jenis pendahuluan inilah yang akhirnya membolehkan tahap daya saing yang setara dengan kenderaan dengan enjin pembakaran dalaman. Walaupun begitu, dengan semua kemajuan ini, seperti penemuan Maria Helena Braga ini, ia mungkin mengambil masa 50 tahun lagi untuk kenderaan elektrik untuk mencapai 70-80% bahagian pasaran global.