Исправьте это имя: Мария Хелена Брага. За этим типично португальским названием скрывается исследователь с инженерного факультета Университета Порту, который благодаря своей работе, возможно, внес свой вклад в решительный прогресс в технологии литий-ионных аккумуляторов.
Его вклад связан с открытием электролитического стекла и может привести к появлению нового поколения батарей - твердотельных, которые будут более безопасными, экологичными, доступными и могут иметь в 3 раза большую емкость. Чтобы понять, почему такой энтузиазм, неплохо было бы узнать о литий-ионных (Li-ion) батареях.
Литий-ионные аккумуляторы сегодня наиболее распространены. У них много преимуществ перед другими типами батарей, но есть и свои ограничения.
Мы можем найти их на смартфонах, электромобилях и других электронных устройствах. Чтобы обеспечить необходимую энергию, они используют жидкий электролит для транспортировки ионов лития между анодом (отрицательная сторона батареи) и катодом (положительная сторона).
Эта жидкость лежит в основе всего. Быстрая зарядка или разрядка литиевых батарей может привести к образованию дендритов, которые представляют собой литиевые нити (проводники). Эти нити могут вызвать внутреннее короткое замыкание, которое может стать причиной пожара и даже взрыва.
Открытие Марии Елены Браги
Замена жидкого электролита твердым электролитом предотвращает образование дендритов. Именно твердый электролит Мария Хелена Брага открыла вместе с Хорхе Феррейрой, когда они работали в Национальной лаборатории энергетики и геологии.
Нововведение предполагает использование твердого стеклянного электролита, что позволяет использовать анод, встроенный в щелочные металлы (литий, твердый или калий). То, что было невозможно до сих пор. Использование стекловидного электролита открыло целый мир возможностей, таких как увеличение плотности энергии катода и продление срока службы батареи.
Открытие было опубликовано в статье в 2014 году и привлекло внимание научного сообщества. Сообщество, в которое входит Джон Гуденаф, «отец» сегодняшней литиевой батареи. 37 лет назад он стал соавтором технологического прогресса, который позволил литий-ионным батареям стать коммерчески жизнеспособными. 94-летний профессор Техасского университета не мог сдержать своего энтузиазма по поводу открытия португальского исследователя.
Мария Хелена Брага быстро приехала в США, чтобы продемонстрировать Джону Гуденафу, что ее стекловидный электролит может проводить ионы с той же скоростью, что и жидкий электролит. С тех пор оба они сотрудничали в области исследований и разработок твердотельных батарей. Это сотрудничество уже породило новую версию электролита.
Вмешательство Гуденафа в сотрудничество и разработку твердотельной батареи сыграло важную роль в придании необходимого доверия к этому открытию.
Преимущества твердотельной батареи
Преимущества многообещающие:- увеличение напряжения, которое обеспечит большую плотность энергии при том же объеме - позволяет использовать более компактную батарею
- обеспечивает быструю загрузку без образования дендритов - более 1200 циклов
- больше циклов зарядки / разрядки, что продлевает срок службы батареи
- позволяет работать в более широком диапазоне температур без деградации - первые батареи могут работать при -60º по Цельсию
- потенциально более низкая стоимость благодаря использованию таких материалов, как натрий вместо лития
Еще одним большим преимуществом является то, что элементы могут быть построены из экологически чистых материалов, таких как вышеупомянутый натрий, который можно экстрагировать из морской воды. И даже их пригодность для вторичной переработки не является проблемой. Единственным недостатком, если можно так назвать, является то, что для установки этих твердотельных батарей требуется сухая и предпочтительно бескислородная среда.
НЕ ПРОПУСТИТЬ: «Электрические коридоры» на укрепленных национальных трассах.
Мария Хелена Брага говорит, что уже есть твердотельные батареи: монетные или кнопочные элементы, батарейки размером с монету, которые используются, например, в некоторых часах. Батареи других размеров также были испытаны в лаборатории.
Когда появится этот тип аккумулятора в автомобиле?
По словам Марии Хелены Браги, теперь это будет зависеть от отрасли. Этот исследователь и Гуденаф уже доказали справедливость этой концепции. Разработкой должны заниматься другие. То есть не завтра и не в следующем году.
Переход от лабораторных достижений к коммерческим продуктам представляет собой серьезную проблему. Может пройти еще 15 лет, прежде чем мы увидим применение этого нового типа аккумулятора в электромобилях.
По сути, необходимо найти масштабируемые и экономически эффективные производственные процессы, которые позволят индустриализировать и коммерциализировать этот новый тип батарей. Другая причина связана с большими инвестициями, уже сделанными в продвижение литиевых батарей самыми разными организациями. Самым популярным примером будет гигафабрика Tesla.
Другими словами, в течение следующих 10 лет мы должны продолжать наблюдать эволюцию литиевых батарей. Ожидается, что их удельная энергия вырастет примерно на 50%, а стоимость снизится на 50%. Не следует ожидать быстрого перехода автомобильной промышленности на твердотельные батареи.
Инвестиции также направляются на другие типы батарей с различными химическими реакциями, которые могут обеспечить до 20 раз большую плотность энергии, чем существующие литий-ионные батареи. Он не только превосходит в три раза больше, чем у твердотельных батарей, но, по мнению некоторых, может выйти на рынок раньше.
Как бы то ни было, будущее электромобиля выглядит многообещающим. Такой прогресс должен, наконец, позволить достичь уровней конкурентоспособности, эквивалентных транспортным средствам с двигателями внутреннего сгорания. Даже в этом случае, с учетом всех этих достижений, таких как открытие Марии Хелены Браги, электромобилям может потребоваться еще 50 лет, чтобы достичь 70-80% доли мирового рынка.