Cilat janë bateritë fleksibël në gjendje të ngurtë?

Një grup shkencëtarësh ndërkombëtarë kanë zhvilluar një lloj të ri baterie në gjendje të ngurtë që mund të rrisë gamën e automjeteve elektrike dhe të parandalojë zjarret në laptopë dhe smartfonë. Autorët përshkruajnë gjetjet e tyre në Materialet e Avancuara të Energjisë. Duke zëvendësuar elektrolitet e lëngëta të përdorura në bateritë e ringarkueshme konvencionale me ato "të ngurta" qeramike, ato janë në gjendje të prodhojnë bateri më efektive dhe më jetëgjata, të cilat janë gjithashtu më të sigurta për përdorim. Studiuesit shpresojnë se këto avantazhe mund të hapin rrugën për bateri më efikase dhe më të gjelbra për të gjitha llojet e pajisjeve, përfshirë makinat elektrike.

Autorët e studimit, nga SHBA dhe Britania e Madhe, kanë eksploruar alternativa ndaj elektroliteve të lëngëta në bateritë me jon litium për disa kohë. Në vitin 2016 ata njoftuan zhvillimin e një baterie në gjendje të ngurtë që mund të funksiononte me mbi dyfishin e tensionit të qelizave konvencionale të joneve të litiumit, por me efikasitet të ngjashëm.

Ndërsa dizajni i tyre i fundit përfaqëson një përmirësim të rëndësishëm në këtë version të mëparshëm, studiuesi profesor Donald Sadoway nga MIT vëren se ka ende vend për përmirësim: "Arritja e përçueshmërisë së lartë jonike në materialet qeramike në temperatura të larta mund të jetë e vështirë," shpjegoi ai. "Kjo ishte një arritje e madhe." Studiuesit shpresojnë se pas testimit, këto bateri të përmirësuara do të rezultojnë të përshtatshme për automjetet elektrike apo edhe për të fuqizuar aeroplanët.

Në bateritë në gjendje të ngurtë, dëmtimi për shkak të mbinxehjes parandalohet duke përdorur elektrolite qeramike dhe jo ato të lëngshme të ndezshme. Nëse bateria dëmtohet dhe fillon të mbinxehet, kartonat e elektrolitit qeramik në vend që të ndizen, gjë që e pengon atë të marrë flakë. Poret në strukturën e këtyre materialeve të ngurta gjithashtu u mundësojnë atyre të mbajnë një ngarkesë shumë më të lartë të ngarkesës elektrike me jonet që lëvizin përmes një rrjeti të zgjeruar brenda trupit të ngurtë.

Këto karakteristika nënkuptojnë se shkencëtarët kanë qenë në gjendje të rrisin tensionin dhe kapacitetin e baterive të tyre në krahasim me ato që përmbajnë elektrolite të lëngshme të ndezshme. Në fakt, tha profesor Sadoway: "Ne demonstruam një qelizë litium-ajër me 12 volt që vepron në 90 gradë C [194°F]. Kjo është më e lartë se sa ka arritur çdokush tjetër."

Ky dizajn i ri i baterisë ka avantazhe të tjera potenciale ndaj elektroliteve të ndezshme, duke përfshirë faktin se elektrolitet qeramike janë përgjithësisht më të qëndrueshme se ato organike. "Gjëja e mahnitshme është se sa mirë funksionoi," tha profesor Sadoway. "Ne morëm më shumë energji nga kjo qelizë sesa futëm në të."

Ky stabilitet mund t'i lejojë prodhuesit të paketojnë një numër të madh të qelizave të gjendjes së ngurtë në laptopë ose makina elektrike pa pasur nevojë të shqetësohen për mbinxehjen e tyre, duke i bërë pajisjet shumë më të sigurta dhe duke zgjatur jetën e tyre funksionale. Aktualisht, nëse këto lloj baterish mbinxehen, rrezikojnë të marrin flakë – siç ndodhi së fundmi me telefonin Samsung Galaxy Note 7. Flakët që rezultojnë nuk do të jenë në gjendje të përhapen sepse nuk ka ajër brenda qelizave për të mbështetur djegien; në të vërtetë, ato nuk do të ishin në gjendje të përhapeshin përtej vendit të dëmtimit fillestar.

Këto materiale të ngurta janë gjithashtu shumë jetëgjatë; në të kundërt, disa përpjekje për të bërë bateri jonike litium me elektrolite të lëngshme të ndezshme, të cilat funksionojnë në temperatura më të larta (mbi 100°C) marrin flakë në mënyrë rutinore pas 500 ose 600 cikleve. Elektrolitet qeramike mund t'i rezistojnë më shumë se 7500 cikleve të ngarkimit/shkarkimit pa marrë zjarr."

Gjetjet e reja mund të jenë jashtëzakonisht të rëndësishme si për zgjerimin e gamës së EV-ve ashtu edhe për parandalimin e zjarreve të smartfonëve. Sipas Sadoway: "Gjeneratat e vjetra të baterive kishin bateri motorike me acid plumbi [makine]. Ata kishin një distancë të shkurtër, por ishin tepër të besueshme," tha ai duke shtuar se dobësia e tyre e paparashikuar ishte se "nëse do të bëhej më nxehtë se rreth 60°C atëherë do të merrte zjarr”.

Bateritë e sotme të litium-jonit, shpjegon ai, janë një hap përpara nga kjo. "Ato kanë një rreze të gjatë, por mund të dëmtohen nga mbinxehja e rëndë dhe kapja e zjarrit," tha ai duke shtuar se bateria e re në gjendje të ngurtë është potencialisht një "përparim themelor" sepse mund të çojë në pajisje shumë më të besueshme dhe më të sigurta.

Shkencëtarët në MIT mendojnë se kjo teknologji mund të marrë pesë vjet për t'u përdorur gjerësisht, por edhe që në fillim të vitit të ardhshëm ata shpresojnë të shohin këto lloj baterish të vendosura në telefonat inteligjentë të prodhuesve të mëdhenj si Samsung ose Apple. Ata vunë në dukje gjithashtu se ka shumë përdorime komerciale për këto qeliza përveç telefonave, duke përfshirë laptopët dhe automjetet elektrike.

Megjithatë, profesori Sadoway paralajmëron se ka ende një rrugë për të bërë përpara se teknologjia të përsoset. "Ne kemi një qelizë që duket vërtet e shkëlqyeshme, por është shumë herët... Ne duhet të bëjmë ende qeliza me elektroda të shkallës së madhe, me densitet të lartë."

Sadoway beson se ky zbulim do të miratohet gjerësisht menjëherë, sepse ai ka potencialin jo vetëm për të ushqyer automjetet elektrike me rreze shumë më të madhe, por gjithashtu mund të parandalojë zjarret e smartfonëve. Ndoshta më befasues është parashikimi i tij se bateritë në gjendje të ngurtë mund të përdoren universalisht në më pak se pesë vjet pasi shumica e prodhuesve të jenë të bindur për sigurinë dhe besueshmërinë e tyre.