葡萄牙研究人员可能发现了未来的电池

Anonim

修正这个名字:Maria Helena Braga。在这个如此典型的葡萄牙名字背后,我们找到了波尔图大学工程学院的一位研究员,由于她的工作,她可能为锂离子电池技术的最终进步做出了贡献。

他的贡献围绕着电解质玻璃的发现展开,并可能催生出更安全、更生态、更实惠且容量可提高 3 倍的新一代电池——固态电池。要了解为什么会有这么多热情,最好了解一下锂离子 (Li-ion) 电池。

锂电池

锂离子电池是当今最常见的电池。与其他类型的电池相比,它们有很多优势,但也有其局限性。

我们可以在智能手机、电动汽车和其他电子设备上找到它们。为了提供必要的能量,他们使用液体电解质在阳极(电池的负极)和阴极(正极)之间传输锂离子。

这种液体是问题的核心。锂电池的快速充电或放电会导致枝晶的形成,也就是锂丝(导体)。这些灯丝会导致内部短路,从而导致火灾甚至爆炸。

玛丽亚·海伦娜·布拉加的发现

用固体电解质代替液体电解质可防止形成枝晶。正是玛丽亚·海伦娜·布拉加和豪尔赫·费雷拉在国家能源和地质实验室工作时发现的固体电解质。

该创新涉及使用固体玻璃电解质,允许使用内置碱金属(锂、固体或钾)的阳极。以前做不到的事情。玻璃质电解质的使用开辟了一个充满可能性的世界,例如增加阴极的能量密度和延长电池的生命周期。

这一发现于 2014 年发表在一篇文章中,引起了科学界的关注。包括当今锂电池之父 John Goodenough 在内的社区。 37 年前,他与他人共同发明了使锂离子电池具有商业可行性的技术进步。这位 94 岁的德克萨斯大学教授无法抑制他对葡萄牙研究人员发现的热情。

玛丽亚·海伦娜·布拉加和约翰·古迪纳夫,鼓
玛丽亚·海伦娜·布拉加与约翰·古迪纳夫

没过多久,玛丽亚·海伦娜·布拉加 (Maria Helena Braga) 前往美国向约翰·古迪纳夫 (John Goodenough) 证明她的玻璃体电解质可以以与液体电解质相同的速度传导离子。此后,双方在固态电池研发方面展开合作。这种合作已经催生了一种新版本的电解质。

古迪纳夫对固态电池的合作和开发的干预有助于为这一发现提供必要的可信度。

固态电池的优势

优点是有前途的:
  • 增加电压可以在相同体积下获得更大的能量密度 - 允许更紧凑的电池
  • 允许快速加载而不会产生枝晶——超过 1200 次循环
  • 更多的充电/放电循环可以延长电池寿命
  • 允许在更宽的温度范围内运行而不会退化 - 第一个能够在 -60º 摄氏度下运行的电池
  • 由于使用了钠等材料而不是锂,因此可能会降低成本

另一个巨大的优势是电池可以用环保材料建造,例如上述钠,可以从海水中提取。甚至它们的可回收性也不是问题。唯一的缺点是,安装这些固态电池需要干燥且最好是无氧的环境。

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Maria Helena Braga 说已经有固态电池:硬币或纽扣电池、硬币大小的电池,例如用于某些手表。其他尺寸的电池也在实验室进行了测试。

这种类型的电池何时会出现在汽车中?

据 Maria Helena Braga 称,它现在将取决于行业。这位研究员和古迪纳夫已经证明了这个概念的有效性。开发将必须由其他人完成。换句话说,不会是明天或明年。

从这些实验室进展到商业产品是一个相当大的挑战。我们可能还需要 15 年的时间才能看到这种新型电池应用于电动汽车。

基本上,有必要找到可扩展且具有成本效益的工业流程,以实现这种新型电池的工业化和商业化。另一个原因与最多样化的实体已经对锂电池的发展进行了大量投资有关。最流行的例子是特斯拉的超级工厂。

特斯拉增压器

换句话说,未来10年我们应该继续看到锂电池的演变。它们的能量密度预计将提高 50% 左右,成本预计将下降 50%。预计汽车行业不会迅速转向固态电池。

投资还转向其他类型的电池,具有不同的化学反应,其能量密度是当前锂离子电池的 20 倍。它不仅比固体电池的三倍优越,而且据一些人说,它可以在此之前进入市场。

无论如何,电动汽车的未来前景看起来很有希望。这种类型的进步最终应该能够达到与内燃机汽车相当的竞争力水平。即便如此,随着所有这些进步,例如 Maria Helena Braga 的这一发现,电动汽车可能还需要 50 年的时间才能达到全球市场 70-80% 的份额。

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