Šta su fleksibilne čvrste baterije?

Grupa međunarodnih naučnika razvila je novu vrstu solid-state baterije koja bi mogla povećati domet električnih vozila i spriječiti požare u laptopima i pametnim telefonima. Autori opisuju svoje nalaze u Advanced Energy Materials. Zamjenom tekućih elektrolita koji se koriste u konvencionalnim punjivim baterijama sa "čvrstim", keramičkim, oni su u stanju proizvesti učinkovitije, dugotrajnije baterije koje su također sigurnije za upotrebu. Istraživači se nadaju da ove prednosti mogu utrti put efikasnijim, zelenijim baterijama za sve vrste uređaja, uključujući električne automobile.

Autori studije iz SAD-a i UK-a već neko vrijeme istražuju alternative tekućim elektrolitima u litijum-jonskim baterijama. U 2016. godini najavili su razvoj solid-state baterije koja bi mogla raditi na dvostruko većem naponu od konvencionalnih litijum-jonskih ćelija, ali sa sličnom efikasnošću.

Iako njihov najnoviji dizajn predstavlja značajno poboljšanje u odnosu na ovu raniju verziju, istraživač profesor Donald Sadoway sa MIT-a napominje da još uvijek ima prostora za poboljšanje: "Postizanje visoke jonske provodljivosti u keramičkim materijalima na povišenim temperaturama može biti teško", objasnio je on. "Ovo je bilo revolucionarno dostignuće." Istraživači se nadaju da će se nakon testiranja ove poboljšane baterije pokazati prikladnima za električna vozila ili čak za pogon aviona.

U čvrstim baterijama oštećenja zbog pregrijavanja se sprječavaju upotrebom keramičkih elektrolita umjesto zapaljivih, tekućih. Ako je baterija oštećena i počne pregrijavati keramički elektrolit umjesto da se zapali, što sprječava da se zapali. Pore ​​u strukturi ovih čvrstih materijala također im omogućavaju da nose mnogo veće opterećenje električnog naboja s ionima koji se kreću kroz proširenu mrežu unutar čvrste tvari.

Ove karakteristike znače da su naučnici uspeli da povećaju i napon i kapacitet svojih baterija u poređenju sa onima koje sadrže zapaljive tečne elektrolite. U stvari, rekao je profesor Sadoway: "Pokazali smo litijum-vazdušnu ćeliju sa 12 volti koja radi na 90 stepeni C [194°F]. To je više nego što je bilo ko drugi postigao."

Ovaj novi dizajn baterije ima i druge potencijalne prednosti u odnosu na zapaljive elektrolite, uključujući i činjenicu da su keramički elektroliti općenito stabilniji od organskih. „Neverovatna stvar je koliko je dobro funkcionisalo“, rekao je profesor Sadovej. "Iz ove ćelije smo dobili više energije nego što smo u nju uložili."

Ova stabilnost bi mogla omogućiti proizvođačima da spakuju veliki broj solid-state ćelija u laptope ili električne automobile bez brige da će se pregrijati, čineći uređaje mnogo sigurnijim i produžavajući njihov funkcionalni vijek. Trenutno, ako se ove vrste baterija pregreju, rizikuju da se zapale – kao što se nedavno dogodilo sa telefonom Samsung Galaxy Note 7. Nastali plamen se ne bi mogao širiti jer unutar ćelija nema zraka koji bi održao sagorijevanje; zaista, ne bi bili u stanju da se šire dalje od mesta prvobitne štete.

Ovi čvrsti materijali su takođe veoma dugotrajni; nasuprot tome, neki pokušaji da se naprave litijum-jonske baterije sa zapaljivim tečnim elektrolitima, koje rade na višim temperaturama (preko 100°C), rutinski se zapale nakon 500 ili 600 ciklusa. Keramički elektroliti mogu izdržati više od 7500 ciklusa punjenja/pražnjenja bez zapaljenja."

Nova otkrića mogu biti od velike važnosti kako za proširenje raspona električnih vozila tako i za sprječavanje požara pametnih telefona. Prema Sadoveyu: "Starije generacije baterija imale su olovne (automobilske) starterske akumulatore. Imale su kratak domet, ali su bile nevjerovatno pouzdane", rekao je on dodajući da je njihova nepredviđena slabost to što "ako postane toplije od oko 60°C tada zapalio bi se."

Današnje litijum-jonske baterije, objašnjava on, korak su u odnosu na ovo. "Imaju veliki domet, ali se mogu oštetiti jakim pregrijavanjem i zapaljenjem", rekao je on dodajući da je nova solid-state baterija potencijalno "fundamentalni proboj" jer bi mogla dovesti do daleko pouzdanijih i sigurnijih uređaja.

Naučnici sa MIT-a smatraju da bi ovoj tehnologiji moglo trebati pet godina da postane široko korištena, ali se već sljedeće godine nadaju da će ove vrste baterija biti ugrađene u pametne telefone velikih proizvođača kao što su Samsung ili Apple. Također su primijetili da postoji mnogo komercijalnih upotreba ovih ćelija osim telefona, uključujući laptopove i električna vozila.

Međutim, profesor Sadoway upozorava da još uvijek treba preći put prije nego što se tehnologija usavrši. "Imamo ćeliju koja izgleda zaista odlično, ali su vrlo rani dani... Tek treba da napravimo ćelije sa elektrodama velike gustine velike snage."

Sadoway vjeruje da će ovo otkriće odmah biti široko prihvaćeno jer ima potencijal ne samo da napaja EV sa mnogo većim dometom, već i potencijalno spriječi požare pametnih telefona. Možda je više iznenađujuće njegovo predviđanje da bi čvrste baterije mogle postati univerzalno korištene za manje od pet godina kada se većina proizvođača uvjeri u njihovu sigurnost i pouzdanost.