Što su fleksibilne solid state baterije?

Grupa međunarodnih znanstvenika razvila je novu vrstu solid-state baterije koja bi mogla povećati domet električnih vozila i spriječiti požare u prijenosnim računalima i pametnim telefonima. Autori opisuju svoje nalaze u Advanced Energy Materials. Zamjenom tekućih elektrolita koji se koriste u konvencionalnim punjivim baterijama s "čvrstim", keramičkim, oni su u stanju proizvesti učinkovitije, dugotrajnije baterije koje su također sigurnije za upotrebu. Istraživači se nadaju da te prednosti mogu utrti put učinkovitijim, 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 litij-ionskim baterijama. U 2016. najavili su razvoj solid-state baterije koja bi mogla raditi na više od dva puta većem naponu od konvencionalnih litij-ionskih ćelija, ali sa sličnom učinkovitošću.

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

U krutim baterijama oštećenja uslijed pregrijavanja sprječavaju se korištenjem keramičkih elektrolita umjesto zapaljivih, tekućih. Ako je baterija oštećena i počne se pregrijavati keramički elektrolit umjesto da se zapali, što sprječava da se zapali. Pore ​​u strukturi tih čvrstih materijala također im omogućuju da nose mnogo veće opterećenje električnog naboja s ionima koji se kreću kroz proširenu mrežu unutar krutine.

Ove značajke znače da su znanstvenici uspjeli povećati i napon i kapacitet svojih baterija u usporedbi s onima koje sadrže zapaljive tekuće elektrolite. Zapravo, rekao je profesor Sadoway: "Pokazali smo litij-zračnu ćeliju s 12 volti koja radi na 90 stupnjeva C [194°F]. To je više nego što je bilo tko drugi postigao."

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

Ova stabilnost mogla bi omogućiti proizvođačima da pakiraju veliki broj solid-state ćelija u prijenosna računala ili električne automobile bez brige o pregrijavanju, što uređaje čini mnogo sigurnijim i produljuje njihov radni vijek. Trenutačno, ako se takve baterije pregriju, riskiraju da se zapale - kao što se nedavno dogodilo s telefonom Samsung Galaxy Note 7. Nastali plamen ne bi se mogao širiti jer unutar ćelija nema zraka koji bi održao izgaranje; dapače, ne bi se mogli proširiti izvan mjesta početne štete.

Ovi čvrsti materijali su također vrlo dugotrajni; nasuprot tome, neki pokušaji da se litij-ionske baterije sa zapaljivim tekućim elektrolitima, koje rade na višim temperaturama (preko 100°C) rutinski 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 i za proširenje raspona električnih vozila i za sprječavanje požara pametnih telefona. Prema Sadowayju: "Starije generacije baterija imale su olovne (automobilske) starterske baterije. Imale su kratak domet, ali su bile nevjerojatno pouzdane", rekao je dodajući da je njihova nepredviđena slabost to što "ako postane toplije od oko 60°C tada zapalio bi se."

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

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

Međutim, profesor Sadoway upozorava da još treba proći put prije nego što se tehnologija usavrši. "Imamo ćeliju koja izgleda stvarno izvrsno, ali vrlo su rani dani... Još moramo napraviti ćelije s elektrodama velike gustoće velike snage."

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