Opravte toto meno: Maria Helena Braga. Za týmto typicky portugalským názvom nájdeme výskumníčku z Fakulty inžinierstva Univerzity v Porte, ktorá možno vďaka svojej práci prispela k definitívnemu napredovaniu technológie lítium-iónových batérií.
Jeho príspevok sa točí okolo objavu elektrolytického skla a mohol by viesť k novej generácii batérií – solid state –, ktoré budú bezpečnejšie, ekologickejšie, cenovo dostupné a môžu mať až 3x väčšiu kapacitu. Aby ste pochopili, prečo všetko to nadšenie, je dobré vedieť o lítium-iónových (Li-ion) batériách.
Li-ion batérie sú dnes najbežnejšie. Oproti iným typom batérií majú množstvo výhod, no majú aj svoje obmedzenia.
Nájdeme ich na smartfónoch, elektromobiloch a iných elektronických zariadeniach. Na dodanie potrebnej energie využívajú tekutý elektrolyt na transport lítiových iónov medzi anódou (záporná strana batérie) a katódou (kladná strana).
Táto kvapalina je jadrom veci. Rýchle nabíjanie alebo vybíjanie lítiových batérií môže viesť k tvorbe dendritov, čo sú lítiové vlákna (vodiče). Tieto vlákna môžu spôsobiť vnútorné skraty, ktoré môžu spôsobiť požiar alebo dokonca výbuch.
Objav Márie Heleny Braga
Výmena tekutého elektrolytu za tuhý zabraňuje tvorbe dendritov. Bol to práve pevný elektrolyt, ktorý objavila Maria Helena Braga spolu s Jorgem Ferreirom, keď pracovali v Národnom laboratóriu pre energetiku a geológiu.
Inovácia zahŕňa použitie pevného skleneného elektrolytu, ktorý umožňuje použitie anódy zabudovanej v alkalických kovoch (lítium, pevné látky alebo draslík). Niečo, čo doteraz nebolo možné. Použitie sklovitého elektrolytu otvorilo svet možností, ako je zvýšenie hustoty energie katódy a predĺženie životnosti batérie.
Objav bol publikovaný v článku v roku 2014 a zaujal vedeckú komunitu. Komunita, do ktorej patrí John Goodenough, „otec“ dnešnej lítiovej batérie. Bolo to pred 37 rokmi, čo spoluvynašiel technologický pokrok, ktorý umožnil, aby sa lítium-iónové batérie stali komerčne životaschopnými. Profesor na univerzite v Texase, 94-ročný muž, nedokázal udržať nadšenie z objavu portugalského výskumníka.
Netrvalo dlho a Maria Helena Braga odcestovala do USA, aby Johnovi Goodenoughovi ukázala, že jej sklovcový elektrolyt môže viesť ióny rovnakou rýchlosťou ako tekutý elektrolyt. Odvtedy obaja spolupracujú na výskume a vývoji pevných batérií. Táto spolupráca už priniesla novú verziu elektrolytu.
Goodenoughov zásah do spolupráce a vývoja polovodičovej batérie pomohol tomuto objavu poskytnúť potrebnú dôveryhodnosť.
Výhody polovodičovej batérie
Výhody sú sľubné:- zvýšenie napätia, ktoré umožní väčšiu hustotu energie pri rovnakom objeme – umožňuje kompaktnejšiu batériu
- umožňuje rýchle zaťaženie bez tvorby dendritov – viac ako 1200 cyklov
- viac cyklov nabíjania/vybíjania, ktoré umožňujú dlhšiu životnosť batérie
- umožňuje prevádzku v širšom rozsahu teplôt bez degradácie – prvé batérie schopné pracovať pri -60º Celzia
- potenciálne nižšie náklady vďaka použitiu materiálov, ako je sodík namiesto lítia
Ďalšou z veľkých výhod je, že bunky môžu byť postavené z ekologických materiálov, ako je napríklad spomínaný sodík, ktorý je možné extrahovať z morskej vody. A dokonca ani ich recyklovateľnosť nie je problém. Jedinou nevýhodou, ak sa to tak dá nazvať, je, že montáž týchto pevných batérií vyžaduje suché a pokiaľ možno bezkyslíkové prostredie.
NEPREHLIADNITE: „Elektrické koridory“ na spevnených vnútroštátnych diaľniciach
Maria Helena Braga hovorí, že už existujú batérie v pevnej fáze: mincové alebo gombíkové, batérie veľkosti mince, ktoré sa používajú napríklad v niektorých hodinkách. V laboratóriu boli testované aj batérie s inými rozmermi.
Kedy bude tento typ batérie v aute?
Podľa Marie Heleny Braga to teraz bude závisieť od odvetvia. Tento výskumník a Goodenough už dokázali platnosť tohto konceptu. Vývoj budú musieť robiť iní. Inými slovami, nebude to zajtra ani budúci rok.
Prechod z týchto laboratórnych pokrokov na komerčné produkty je značnou výzvou. Môže trvať ďalších 15 rokov, kým uvidíme tento nový typ batérie aplikovaný na elektrické vozidlá.
V zásade je potrebné nájsť škálovateľné a nákladovo efektívne priemyselné procesy, ktoré umožnia industrializáciu a komercializáciu tohto nového typu batérií. Ďalší dôvod súvisí s veľkými investíciami, ktoré už do rozvoja lítiových batérií vložili najrôznejšie subjekty. Najpopulárnejším príkladom bude Tesla Gigafactory.
Inými slovami, v priebehu nasledujúcich 10 rokov by sme mali pokračovať vo vývoji lítiových batérií. Očakáva sa, že ich energetická hustota vzrastie približne o 50 % a ich cena sa očakáva pokles o 50 %. Rýchly prechod v automobilovom priemysle na polovodičové batérie nemožno očakávať.
Investície smerujú aj do iných typov batérií s rôznymi chemickými reakciami, ktoré dokážu dosiahnuť až 20-krát väčšiu hustotu energie ako súčasná lítium-iónová batéria. Nielenže prevyšuje trojnásobok toho, čo dosiahli pevné batérie, ale podľa niektorých by sa mohol dostať na trh skôr ako tieto.
Každopádne, budúci scenár vyzerá pre elektrické vozidlo sľubne. Tento typ pokroku by mal konečne umožniť úroveň konkurencieschopnosti ekvivalentnú vozidlám so spaľovacími motormi. Napriek tomu, so všetkými týmito pokrokmi, ako je tento objav Márie Heleny Braga, môže trvať ďalších 50 rokov, kým elektrické vozidlá dosiahnu 70-80% podiel na globálnom trhu.