Rekebisha jina hili: Maria Helena Braga. Nyuma ya jina hili la kawaida la Kireno, tunapata mtafiti kutoka Kitivo cha Uhandisi cha Chuo Kikuu cha Porto ambaye, kutokana na kazi yake, anaweza kuwa amechangia maendeleo ya uhakika ya teknolojia ya betri ya lithiamu-ioni.
Mchango wake unahusu ugunduzi wa glasi ya elektroliti, na inaweza kutoa kizazi kipya cha betri - hali dhabiti - ambayo itakuwa salama zaidi, kiikolojia zaidi, nafuu na inaweza kuwa na uwezo wa hadi mara 3 zaidi. Ili kuelewa kwa nini shauku hii yote, ni wazo nzuri kujua kuhusu betri za lithiamu-ion (Li-ion).
Betri za Li-ion ndizo zinazojulikana zaidi leo. Wana faida nyingi juu ya aina nyingine za betri, lakini pia wana vikwazo vyao.
Tunaweza kuzipata kwenye simu mahiri, magari yanayotumia umeme na vifaa vingine vya kielektroniki. Ili kutoa nishati muhimu, hutumia elektroliti ya kioevu kusafirisha ioni za lithiamu kati ya anode (upande mbaya wa betri) na cathode (upande mzuri).
Kioevu hiki ndicho kiini cha jambo hilo. Kuchaji kwa haraka au kutokwa kwa betri za lithiamu kunaweza kusababisha malezi ya dendrites, ambayo ni nyuzi za lithiamu (conductors). Filamenti hizi zinaweza kusababisha mizunguko fupi ya ndani ambayo inaweza kusababisha moto na hata milipuko.
Ugunduzi wa Maria Helena Braga
Kubadilisha electrolyte ya kioevu na electrolyte imara huzuia malezi ya dendrites. Ilikuwa ni elektroliti imara ambayo Maria Helena Braga aligundua, pamoja na Jorge Ferreira, walipofanya kazi katika Maabara ya Kitaifa ya Nishati na Jiolojia.
Ubunifu huo unahusisha matumizi ya electrolyte ya kioo imara, ambayo inaruhusu matumizi ya anode iliyojengwa katika metali za alkali (lithiamu, imara au potasiamu). Kitu ambacho hakikuwezekana hadi sasa. Utumiaji wa elektroliti vitreous umefungua ulimwengu wa uwezekano, kama vile kuongeza msongamano wa nishati ya cathode na kuongeza muda wa mzunguko wa maisha ya betri.
Ugunduzi huo ulichapishwa katika nakala ya 2014 na kuvutia umakini wa jamii ya wanasayansi. Jumuiya inayojumuisha John Goodenough, "baba" wa betri ya leo ya lithiamu. Ilikuwa miaka 37 iliyopita ambapo alianzisha maendeleo ya kiteknolojia ambayo yaliruhusu betri za lithiamu-ioni kuwa na uwezo wa kibiashara. Profesa katika Chuo Kikuu cha Texas, mwenye umri wa miaka 94 hakuweza kuzuia shauku yake kwa ugunduzi wa mtafiti huyo wa Kireno.
Haikuchukua muda mrefu kwa Maria Helena Braga kusafiri hadi Marekani ili kumwonyesha John Goodenough kwamba elektroliti yake ya vitreous inaweza kuendesha ayoni kwa kasi sawa na elektroliti kioevu. Tangu wakati huo, zote mbili zimeshirikiana kwenye utafiti na ukuzaji wa betri ya hali dhabiti. Ushirikiano huu tayari umetoa toleo jipya la elektroliti.
Kuingilia kati kwa Goodenough katika ushirikiano na ukuzaji wa betri ya hali shwari kumesaidia katika kutoa uaminifu unaohitajika kwa ugunduzi huu.
Manufaa ya Betri ya Hali Mango
Faida ni kuahidi:- kuongezeka kwa voltage ambayo itaruhusu wiani mkubwa wa nishati kwa kiasi sawa - inaruhusu betri ya kompakt zaidi
- inaruhusu upakiaji wa haraka bila uzalishaji wa dendrite - zaidi ya mizunguko 1200
- mizunguko zaidi ya kuchaji/kutoa ambayo inaruhusu maisha marefu ya betri
- inaruhusu kufanya kazi katika anuwai pana ya joto bila uharibifu - betri za kwanza kuwa na uwezo wa kufanya kazi kwa -60º Celsius
- shukrani kwa gharama ya chini kwa matumizi ya vifaa kama vile sodiamu badala ya lithiamu
Faida nyingine kubwa ni kwamba seli zinaweza kujengwa kwa nyenzo rafiki kwa mazingira, kama vile sodiamu iliyotajwa hapo juu, ambayo inaweza kutolewa kutoka kwa maji ya bahari. Na hata urejelezaji wao sio suala. Upande wa chini tu, ikiwa unaweza kuiita hivyo, ni kwamba kuweka betri hizi ngumu kunahitaji mazingira kavu na ikiwezekana bila oksijeni.
SI YA KUKOSA: "Ukanda wa umeme" kwenye barabara kuu za kitaifa zilizoimarishwa
Maria Helena Braga anasema kuwa tayari kuna betri za hali imara: seli za sarafu au kifungo, betri za ukubwa wa sarafu ambazo hutumiwa, kwa mfano, katika baadhi ya saa. Betri zilizo na vipimo vingine pia zimejaribiwa kwenye maabara.
Je, aina hii ya betri kwenye gari itatokea lini?
Kulingana na Maria Helena Braga, sasa itategemea tasnia hiyo. Mtafiti huyu na Goodenough tayari wamethibitisha uhalali wa dhana hiyo. Maendeleo itabidi yafanywe na wengine. Kwa maneno mengine, haitakuwa kesho au mwaka ujao.
Kuhama kutoka kwa maendeleo haya ya maabara kwenda kwa bidhaa za kibiashara ni changamoto kubwa. Inaweza kuchukua miaka 15 zaidi kabla ya kuona aina hii mpya ya betri ikitumika kwa magari yanayotumia umeme.
Kimsingi, inahitajika kupata michakato ya viwandani inayoweza kuongezeka na ya gharama nafuu ambayo inaruhusu ukuaji wa viwanda na biashara ya aina hii mpya ya betri. Sababu nyingine ni kuhusiana na uwekezaji mkubwa ambao tayari umefanywa katika uendelezaji wa betri za lithiamu na taasisi nyingi tofauti. Mfano maarufu zaidi utakuwa Gigafactory ya Tesla.
Kwa maneno mengine, zaidi ya miaka 10 ijayo tunapaswa kuendelea kuona mabadiliko ya betri za lithiamu. Msongamano wao wa nishati unatarajiwa kuongezeka kwa karibu 50% na gharama yao inatarajiwa kushuka kwa 50%. Mabadiliko ya haraka katika tasnia ya magari hadi betri za hali dhabiti hayatarajiwi.
Uwekezaji pia unaelekezwa kwa aina zingine za betri, zenye athari tofauti za kemikali, ambazo zinaweza kufikia msongamano wa nishati hadi mara 20 kuliko betri ya sasa ya lithiamu-ioni. Sio tu kwamba ni bora kuliko mara tatu zaidi inayopatikana na betri ngumu, lakini, kulingana na wengine, inaweza kufikia soko kabla ya hizi.
Hata hivyo, hali ya baadaye inaonekana kuahidi kwa gari la umeme. Aina hii ya mapema ndiyo inapaswa hatimaye kuruhusu viwango vya ushindani sawa na magari yenye injini za mwako wa ndani. Hata hivyo, pamoja na maendeleo haya yote, kama vile ugunduzi huu wa Maria Helena Braga, inaweza kuchukua miaka 50 nyingine kwa magari ya umeme kufikia sehemu ya 70-80% ya soko la kimataifa.