Rewolucja w zasilaniu samochodów i smartfonów. Nadchodzi era kamieni

Badacze z DTU opatentowali nowy superjonowy materiał oparty na krzemianach potasu – minerałach powszechnie występujących w skałach, a nawet kamieniach, jakich pełno w ogródku lub na plaży. Ten innowacyjny materiał wykazuje imponujące właściwości, które czynią go idealnym kandydatem na akumulatory przyszłości.

To akumulator w twoim samochodzie elektrycznym decyduje, jak daleko możesz przejechać na jednym ładowaniu i jak szybko możesz go naładować. Jednak akumulator litowo-jonowy - najpopularniejszy akumulator do samochodów elektrycznych - ma swoje ograniczenia. Zarówno pod względem pojemności, bezpieczeństwa, jak i dostępności. Dzieje się tak dlatego, ponieważ lit jest drogim, szkodliwym dla środowiska materiałem.

Ponieważ coraz więcej osób przechodzi na samochody elektryczne, musimy opracować nową generację baterii bez litu, które są co najmniej tak samo wydajne, ale bardziej przyjazne dla środowiska i tańsze w produkcji. Wymaga to nowych materiałów na główne elementy baterii: anody, katody i elektrolitu, a także opracowania nowych projektów baterii.

Jest to obszar badań, który obecnie zajmuje naukowców na całym świecie, ponieważ gdy znajdziemy nowe przepisy na akumulatory, będziemy mogli znacząco zredukować emisje dwutlenku węgla w sektorze transportu.

Więcej o akumulatorach przyszłości przeczytasz na Spider`s Web:

W DTU badacz Mohamad Khoshkalam wynalazł materiał, który ma potencjał, aby zastąpić lit w superbaterii jutra - baterie stałe na bazie krzemianów potasu i sodu. Są to krzemiany skalne, które są jednymi z najpowszechniejszych minerałów w skorupie ziemskiej.

Można je znaleźć w kamieniach, które zbierasz na plaży lub w ogrodzie. Wielką zaletą nowego materiału jest to, że nie jest wrażliwy na powietrze i wilgoć. Dzięki temu można go uformować w cienką jak papier warstwę wewnątrz baterii.

Potencjał mlecznobiałego cienkiego jak papier materiału na bazie krzemianu potasu jest ogromny. Jest to niedrogi i przyjazny dla środowiska materiał, który można wyekstrahować z krzemianów pokrywających ponad 90 proc. powierzchni Ziemi.

Materiał może przewodzić jony w temperaturze około 40 stopni i nie jest wrażliwy na wilgoć.

Dzięki temu skalowanie i przyszła produkcja baterii będą łatwiejsze, bezpieczniejsze i tańsze, ponieważ produkcja może odbywać się w otwartej atmosferze i w temperaturach zbliżonych do temperatury pokojowej.

Materiał działa również bez dodatku drogich i szkodliwych dla środowiska metali, takich jak kobalt, który jest obecnie stosowany w akumulatorach litowo-jonowych w celu zwiększenia ich pojemności i żywotności.

Aby zrozumieć perspektywy odkrycia Mohamada Khoshkalama, należy najpierw przyswoić sobie kluczową rolę, jaką elektrolit odgrywa w akumulatorze. Elektrolit w akumulatorze może być cieczą lub materiałem stałym - tak zwanym elektrolitem stałym.

Elektrolit umożliwia jonom przemieszczanie się między anodą i katodą akumulatora, utrzymując w ten sposób prąd elektryczny generowany podczas rozładowywania i ładowania. Innymi słowy, elektrolit jest kluczowy dla pojemności akumulatora, czasu ładowania, żywotności i bezpieczeństwa.

Przewodność elektrolitu zależy od tego, jak szybko jony mogą się poruszać w elektrolicie. Jony w krzemianach skalnych poruszają się zazwyczaj wolniej niż jony w elektrolitach ciekłych na bazie litu lub elektrolitach stałych, ponieważ są większe i cięższe.

Jednak Mohamad Khoshkalam znalazł przepis na superjonowy materiał krzemianu potasu i proces, który sprawia, że ​​jony poruszają się szybciej niż w elektrolitach na bazie litu. Na razie szczegóły są owiane tajemnicą, bo trwa proces przyznawania patentu.

Zanim jednak zobaczymy akumulator półprzewodnikowy na rynku, jest kilka wyzwań, które należy rozwiązać. Badania nad materiałami i bateriami są zarówno złożone, jak i czasochłonne, ponieważ materiały są superczułe i wymagają zaawansowanych laboratoriów i sprzętu.

Opracowanie akumulatorów litowo-jonowych, których używamy dzisiaj, zajęło ponad 20 lat i nadal je rozwijamy.

Musimy też opracować nowe sposoby produkcji i uszczelniania nowych akumulatorów, aby ultracienkie warstwy materiału w ogniwie baterii nie pękały i miały ciągły kontakt.

W przeciwieństwie do litowych baterii półprzewodnikowych, baterie półprzewodnikowe na bazie krzemianów potasu i sodu mają niski poziom gotowości technologicznej (TRL). Oznacza to, że od odkrycia w laboratorium do wprowadzenia technologii do społeczeństwa i dokonania zmian wciąż jest długa droga.

W nowych samochodach elektrycznych na rynku spodziewać możemy się ich najwcześniej za 10 lat. Jest to również technologia wysokiego ryzyka, gdzie szansa na sukces komercyjny jest niewielka, a wyzwań technicznych jest wiele. Mimo to Mohamad Khoshkalam jest pełen optymizmu.