Sửa tên này: Maria Helena Braga. Đằng sau cái tên rất đặc trưng của Bồ Đào Nha này, chúng tôi tìm thấy một nhà nghiên cứu từ Khoa Kỹ thuật của Đại học Porto, người nhờ công trình của mình, có thể đã đóng góp vào sự phát triển vượt bậc của công nghệ pin lithium-ion.
Đóng góp của ông xoay quanh việc phát hiện ra thủy tinh điện phân và có thể tạo ra một thế hệ pin mới - trạng thái rắn - sẽ an toàn hơn, sinh thái hơn, giá cả phải chăng và có thể có dung lượng cao hơn gấp 3 lần. Để hiểu tại sao tất cả sự nhiệt tình này, bạn nên biết về pin lithium-ion (Li-ion).
Pin Li-ion là loại pin thông dụng nhất hiện nay. Chúng có rất nhiều ưu điểm so với các loại pin khác, nhưng chúng cũng có những hạn chế.
Chúng ta có thể tìm thấy chúng trên điện thoại thông minh, xe điện và các thiết bị điện tử khác. Để cung cấp năng lượng cần thiết, họ sử dụng chất điện phân lỏng để vận chuyển các ion liti giữa cực dương (mặt âm của pin) và cực âm (mặt dương).
Chất lỏng này là trọng tâm của vấn đề. Việc sạc hoặc xả pin lithium nhanh chóng có thể dẫn đến sự hình thành các đuôi gai, là các sợi lithium (chất dẫn điện). Những sợi này có thể gây ra đoản mạch bên trong có thể gây ra hỏa hoạn và thậm chí là nổ.
Khám phá của Maria Helena Braga
Thay chất điện ly lỏng bằng chất điện ly rắn ngăn cản sự hình thành các đuôi gai. Đó chính xác là một chất điện phân rắn mà Maria Helena Braga cùng với Jorge Ferreira đã phát hiện ra khi họ làm việc tại Phòng thí nghiệm Quốc gia về Năng lượng và Địa chất.
Sự đổi mới liên quan đến việc sử dụng chất điện phân thủy tinh rắn, cho phép sử dụng cực dương được chế tạo bằng kim loại kiềm (liti, rắn hoặc kali). Điều gì đó đã không thể xảy ra cho đến bây giờ. Việc sử dụng chất điện phân thủy tinh thể đã mở ra một thế giới nhiều khả năng, chẳng hạn như tăng mật độ năng lượng của catốt và kéo dài vòng đời của pin.
Phát hiện này đã được công bố trong một bài báo vào năm 2014 và thu hút sự chú ý của cộng đồng khoa học. Cộng đồng bao gồm John Goodenough, "cha đẻ" của pin lithium ngày nay. Cách đây 37 năm, ông đã đồng phát minh ra tiến bộ công nghệ cho phép pin lithium-ion trở nên khả thi về mặt thương mại. Một giáo sư tại Đại học Texas, 94 tuổi, không thể kìm được sự hào hứng với khám phá của nhà nghiên cứu người Bồ Đào Nha.
Không mất nhiều thời gian để Maria Helena Braga đến Mỹ để chứng minh với John Goodenough rằng chất điện phân thủy tinh thể của cô có thể dẫn các ion với tốc độ tương tự như chất điện phân lỏng. Kể từ đó, cả hai đã hợp tác nghiên cứu và phát triển pin thể rắn. Sự hợp tác này đã tạo ra một phiên bản mới của chất điện phân.
Sự can thiệp của Goodenough vào việc hợp tác và phát triển pin thể rắn đã đóng vai trò quan trọng trong việc mang lại sự tin cậy cần thiết cho khám phá này.
Ưu điểm của pin trạng thái rắn
Những lợi thế đầy hứa hẹn:- tăng điện áp sẽ cho phép mật độ năng lượng lớn hơn cho cùng một khối lượng - cho phép pin nhỏ gọn hơn
- cho phép tải nhanh mà không cần sản xuất dendrite - hơn 1200 chu kỳ
- nhiều chu kỳ sạc / xả hơn cho phép tuổi thọ pin dài hơn
- cho phép hoạt động trong phạm vi nhiệt độ rộng hơn mà không bị suy giảm - pin đầu tiên có thể hoạt động ở -60º C
- có khả năng chi phí thấp hơn nhờ sử dụng các vật liệu như natri thay vì lithium
Một trong những ưu điểm tuyệt vời khác là các tế bào có thể được xây dựng bằng các vật liệu thân thiện với môi trường, chẳng hạn như natri nói trên, có thể được chiết xuất từ nước biển. Và thậm chí khả năng tái chế của chúng cũng không phải là một vấn đề. Nhược điểm duy nhất, nếu bạn có thể gọi nó như vậy, là việc lắp những viên pin rắn này yêu cầu một môi trường khô ráo và tốt nhất là không có oxy.
KHÔNG ĐƯỢC BỎ LỠ: "Hành lang điện" trên các tuyến quốc lộ được gia cố
Maria Helena Braga nói rằng đã có pin trạng thái rắn: pin đồng xu hoặc nút bấm, pin cỡ đồng xu được sử dụng, chẳng hạn như trong một số đồng hồ. Pin với các kích thước khác cũng đã được thử nghiệm trong phòng thí nghiệm.
Khi nào thì loại ắc quy này trên ô tô sẽ xảy ra?
Theo Maria Helena Braga, bây giờ nó sẽ phụ thuộc vào ngành công nghiệp. Nhà nghiên cứu này và Goodenough đã chứng minh tính hợp lệ của khái niệm này. Sự phát triển sẽ phải được thực hiện bởi những người khác. Nói cách khác, nó sẽ không phải là ngày mai hoặc năm sau.
Chuyển từ những tiến bộ trong phòng thí nghiệm này sang các sản phẩm thương mại là một thách thức đáng kể. Có thể phải mất 15 năm nữa chúng ta mới thấy loại pin mới này được áp dụng cho xe điện.
Về cơ bản, cần phải tìm ra các quy trình công nghiệp có khả năng mở rộng và tiết kiệm chi phí cho phép công nghiệp hóa và thương mại hóa loại pin mới này. Một lý do khác là liên quan đến các khoản đầu tư lớn đã được thực hiện trong quá trình phát triển pin lithium của các đơn vị đa dạng nhất. Ví dụ phổ biến nhất sẽ là Gigafactory của Tesla.
Nói cách khác, trong 10 năm tới, chúng ta sẽ tiếp tục chứng kiến sự phát triển của pin lithium. Mật độ năng lượng của chúng dự kiến sẽ tăng khoảng 50% và chi phí của chúng dự kiến sẽ giảm 50%. Dự kiến sẽ không có sự thay đổi nhanh chóng trong ngành công nghiệp ô tô sang pin thể rắn.
Các khoản đầu tư cũng đang được hướng tới các loại pin khác, với các phản ứng hóa học khác nhau, có thể đạt được mật độ năng lượng gấp 20 lần so với pin lithium-ion hiện tại. Nó không chỉ vượt trội hơn gấp ba lần so với pin thể rắn, mà theo một số người, nó có thể tiếp cận thị trường trước những thứ này.
Dù sao, viễn cảnh tương lai có vẻ đầy hứa hẹn đối với xe điện. Loại trước này là thứ cuối cùng sẽ cho phép mức độ cạnh tranh tương đương với các loại xe có động cơ đốt trong. Mặc dù vậy, với tất cả những tiến bộ này, chẳng hạn như phát hiện này của Maria Helena Braga, có thể mất 50 năm nữa để xe điện đạt được 70-80% thị phần toàn cầu.