Што се флексибилни цврсти батерии?

Група меѓународни научници развија нов тип на батерија со цврста состојба која може да го зголеми опсегот на електрични возила и да спречи пожари во лаптопите и паметните телефони. Авторите ги опишуваат своите наоди во Напредни енергетски материјали. Со замена на течните електролити што се користат во конвенционалните батерии на полнење со „цврсти“ керамички батерии, тие можат да произведат поефикасни, долготрајни батерии кои се исто така побезбедни за употреба. Истражувачите се надеваат дека овие предности можат да го отворат патот за поефикасни, позелени батерии за сите видови уреди, вклучително и електричните автомобили.

Авторите на студијата, од САД и Велика Британија, веќе некое време истражуваат алтернативи за течните електролити во литиум-јонските батерии. Во 2016 година тие најавија развој на батерија со цврста состојба која може да работи со над двапати напон од конвенционалните литиум-јонски ќелии, но со слична ефикасност.

Иако нивниот последен дизајн претставува значително подобрување на оваа претходна верзија, истражувачот, професорот Доналд Садовеј од MIT забележува дека сè уште има простор за подобрување: „Постигнувањето висока јонска спроводливост во керамичките материјали на покачени температури може да биде тешко“, објасни тој. „Ова беше пробивно достигнување. Истражувачите се надеваат дека по тестирањето, овие подобрени батерии ќе се покажат погодни за електрични возила или дури и за напојување на авиони.

Кај батериите во цврста состојба, оштетувањето поради прегревање се спречува со употреба на керамички електролити наместо запаливи, течни. Ако батеријата е оштетена и почне да ги прегрева јаглите на керамичкиот електролит наместо да се запали, што спречува да се запали. Порите во структурата на овие цврсти материјали, исто така, им овозможуваат да носат многу поголемо оптоварување на електричен полнеж со јони кои се движат низ проширена мрежа во цврстото тело.

Овие карактеристики значат дека научниците успеале да го подигнат и напонот и капацитетот на нивните батерии во споредба со оние што содржат запаливи течни електролити. Всушност, рече професорот Садовеј: „Демонстриравме ќелија од литиум-воздух со 12 волти што работи на 90 степени Целзиусови [194 °F]. Тоа е повисоко отколку што било постигнато“.

Овој нов дизајн на батерии има и други потенцијални предности во однос на запаливите електролити, вклучувајќи го и фактот дека керамичките електролити се генерално постабилни од органските. „Неверојатната работа е колку добро функционираше“, рече професорот Садовеј. „Добивме повеќе енергија од оваа ќелија отколку што вложивме во неа.

Оваа стабилност би можела да им овозможи на производителите да пакуваат голем број ќелии во цврста состојба во лаптопи или електрични автомобили без да се грижат за прегревање, со што уредите ќе бидат многу побезбедни и ќе го продолжат нивниот функционален век. Во моментов, ако овие видови батерии се прегреат, ризикуваат да се запалат - како што неодамна се случи со телефонот Samsung Galaxy Note 7. Добиениот пламен не би можел да се шири бидејќи нема воздух во ќелиите за да го одржи согорувањето; навистина, тие не би можеле да се шират надвор од местото на првичното оштетување.

Овие цврсти материјали се исто така многу долготрајни; за разлика од нив, некои обиди да се направат литиум-јонски батерии со запаливи течни електролити, кои работат на повисоки температури (над 100°C) рутински се запалуваат по 500 или 600 циклуси. Керамичките електролити можат да издржат повеќе од 7500 циклуси на полнење/празнење без да се запалат.

Новите наоди би можеле да бидат многу значајни и за проширување на опсегот на електрични возила и за спречување на пожари на паметни телефони. Според Садовеј: „Постарите генерации на батерии имаа батерии за стартување на оловни киселини [автомобили]. Имаа краток домет, но беа неверојатно сигурни“, рече тој, додавајќи дека нивната непредвидена слабост е тоа што „ако стане потопло од околу 60 ° C тогаш би се запалил“.

Денешните литиум-јонски батерии, објаснува тој, се чекор понапред од ова. „Тие имаат долг дострел, но можат да бидат оштетени од силно прегревање и запалување“, рече тој, додавајќи дека новата батерија со цврста состојба е потенцијално „фундаментален напредок“ бидејќи може да доведе до многу посигурни, побезбедни уреди.

Научниците од MIT мислат дека оваа технологија би можела да потрае пет години за да стане широко употребувана, но дури следната година тие се надеваат дека ќе видат вакви батерии вградени во паметни телефони од големи производители како Samsung или Apple. Тие, исто така, забележаа дека има многу комерцијални намени за овие ќелии покрај телефоните, вклучувајќи лаптопи и електрични возила.

Сепак, професорот Садовеј предупредува дека има уште многу да се помине пред да се усоврши технологијата. „Добивме ќелија која изгледа навистина одлично, но е многу рано... Допрва треба да направиме ќелии со големи размери, електроди со густина со голема моќност“.

Садовеј верува дека овој пробив ќе биде широко прифатен веднаш бидејќи има потенцијал не само да ги поттикне електричните возила со многу поголем опсег, туку и потенцијално да спречи пожари на паметни телефони. Можеби поизненадувачки е неговото предвидување дека батериите во цврста состојба би можеле да станат универзално користени за помалку од пет години кога повеќето производители ќе се уверат во нивната безбедност и доверливост.