Repare acest nume: Maria Helena Braga. În spatele acestui nume atât de tipic portughez, găsim o cercetătoare de la Facultatea de Inginerie a Universității din Porto care, datorită muncii sale, poate să fi contribuit la avansul definitiv al tehnologiei bateriilor litiu-ion.
Contribuția sa se învârte în jurul descoperirii sticlei electrolit, și ar putea da naștere unei noi generații de baterii – cu stare solidă –, care vor fi mai sigure, mai ecologice, mai accesibile și pot avea o capacitate de până la 3 ori mai mare. Pentru a înțelege de ce tot acest entuziasm, este o idee bună să știți despre bateriile litiu-ion (Li-ion).
Bateriile Li-ion sunt cele mai comune astăzi. Au o mulțime de avantaje față de alte tipuri de baterii, dar au și limitările lor.
Le putem găsi pe smartphone-uri, vehicule electrice și alte dispozitive electronice. Pentru a furniza energia necesară, folosesc un electrolit lichid pentru a transporta ionii de litiu între anod (partea negativă a bateriei) și catod (partea pozitivă).
Acest lichid este în centrul problemei. Încărcarea sau descărcarea rapidă a bateriilor cu litiu poate duce la formarea de dendrite, care sunt filamente de litiu (conductoare). Aceste filamente pot provoca scurtcircuite interne care pot provoca incendii și chiar explozii.
Descoperirea Mariei Helena Braga
Înlocuirea electrolitului lichid cu un electrolit solid previne formarea dendritelor. A fost tocmai un electrolit solid pe care Maria Helena Braga l-a descoperit, împreună cu Jorge Ferreira, când lucrau la Laboratorul Național de Energie și Geologie.
Inovația presupune utilizarea unui electrolit solid din sticlă, care permite utilizarea unui anod construit din metale alcaline (litiu, solid sau potasiu). Ceva ce nu a fost posibil până acum. Utilizarea unui electrolit vitros a deschis o lume de posibilități, cum ar fi creșterea densității energetice a catodului și prelungirea ciclului de viață a bateriei.
Descoperirea a fost publicată într-un articol în 2014 și a captat atenția comunității științifice. Comunitate care include John Goodenough, „părintele” bateriei cu litiu de astăzi. În urmă cu 37 de ani, el a co-inventat progresul tehnologic care a permis bateriilor litiu-ion să devină viabile comercial. Profesor la Universitatea din Texas, bărbatul de 94 de ani nu și-a putut stăpâni entuziasmul pentru descoperirea cercetătorului portughez.
Nu a durat mult pentru Maria Helena Braga să călătorească în SUA pentru a-i demonstra lui John Goodenough că electrolitul ei vitros poate conduce ionii la aceeași viteză ca un electrolit lichid. De atunci, ambii au colaborat la cercetarea și dezvoltarea bateriilor cu stare solidă. Această colaborare a dat naștere deja la o nouă versiune a electrolitului.
Intervenția lui Goodenough în cooperarea și dezvoltarea bateriei cu stare solidă a fost esențială pentru a conferi credibilitatea necesară acestei descoperiri.
Avantajele bateriei cu stare solidă
Avantajele sunt promițătoare:- creșterea tensiunii care va permite o densitate mai mare de energie pentru același volum - permite o baterie mai compactă
- permite încărcarea rapidă fără producerea de dendrite – peste 1200 de cicluri
- mai multe cicluri de încărcare/descărcare care permit o durată de viață mai lungă a bateriei
- permite funcționarea într-un interval mai larg de temperatură fără degradare – primele baterii pot funcționa la -60° Celsius
- costuri potențial mai mici datorită utilizării de materiale precum sodiu în loc de litiu
Un alt dintre marile avantaje este că celulele pot fi construite cu materiale ecologice, precum sodiul menționat mai sus, care poate fi extras din apa de mare. Și nici măcar reciclabilitatea lor nu este o problemă. Singurul dezavantaj, dacă se poate numi așa, este că montarea acestor baterii solide necesită un mediu uscat și, de preferință, fără oxigen.
DE NU RĂTAȚI: „Coridoarele electrice” pe autostrăzile naționale armate
Maria Helena Braga spune că deja există baterii cu stare solidă: baterii tip monedă sau buton, baterii de mărimea unei monede care se folosesc, de exemplu, la unele ceasuri. Bateriile cu alte dimensiuni au fost și ele testate în laborator.
Când se va întâmpla acest tip de baterie într-o mașină?
Potrivit Mariei Helena Braga, acum va depinde de industrie. Acest cercetător și Goodenough au demonstrat deja validitatea conceptului. Dezvoltarea va trebui să fie făcută de alții. Cu alte cuvinte, nu va fi mâine sau anul viitor.
Trecerea de la aceste progrese de laborator la produse comerciale este o provocare considerabilă. Ar putea dura încă 15 ani până să vedem acest nou tip de baterie aplicat vehiculelor electrice.
Practic, este necesar să se găsească procese industriale scalabile și rentabile care să permită industrializarea și comercializarea acestui nou tip de baterii. Un alt motiv este legat de investițiile mari deja făcute în avansarea bateriilor cu litiu de către cele mai diverse entități. Cel mai popular exemplu va fi Gigafactory de la Tesla.
Cu alte cuvinte, în următorii 10 ani ar trebui să continuăm să vedem evoluția bateriilor cu litiu. Densitatea lor energetică este de așteptat să crească cu aproximativ 50%, iar costul lor este de așteptat să scadă cu 50%. Nu este de așteptat o trecere rapidă în industria auto la bateriile cu stare solidă.
Investițiile sunt direcționate și către alte tipuri de baterii, cu reacții chimice diferite, care pot atinge o densitate energetică de până la 20 de ori mai mare decât o baterie litiu-ion actuală. Nu numai că este superioară celor de trei ori mai multe realizate de bateriile solide, dar, potrivit unora, ar putea ajunge pe piață înaintea acestora.
Oricum, scenariul viitor pare promițător pentru vehiculul electric. Acest tip de avans este ceea ce ar trebui să permită în cele din urmă niveluri de competitivitate echivalente cu vehiculele cu motoare cu ardere internă. Chiar și așa, cu toate aceste progrese, precum această descoperire a Mariei Helena Braga, ar putea dura încă 50 de ani pentru ca vehiculele electrice să ajungă la o cotă de 70-80% din piața globală.