Kio estas flekseblaj solidstataj kuirilaroj?

Grupo de internaciaj sciencistoj evoluigis novan specon de solidsubstanca baterio, kiu povus pliigi la gamon de elektraj veturiloj kaj malhelpi fajrojn en tekkomputiloj kaj saĝtelefonoj. La aŭtoroj priskribas siajn trovojn en Advanced Energy Materials. Anstataŭigante la likvajn elektrolitojn uzatajn en konvenciaj reŝargeblaj baterioj per "solidaj", ceramikaj ili kapablas produkti pli efikajn, longdaŭrajn bateriojn kiuj ankaŭ estas pli sekuraj por uzo. Esploristoj esperas, ke ĉi tiuj avantaĝoj povas malfermi la vojon al pli efikaj, pli verdaj baterioj por ĉiuj specoj de aparatoj inkluzive de elektraj aŭtoj.

La aŭtoroj de la studo, el Usono kaj Britio, esploras alternativojn al likvaj elektrolitoj en litijonaj kuirilaroj dum iom da tempo. En 2016 ili anoncis la evoluon de solidsubstanca baterio kiu povis funkcii je pli ol duoble la tensio de konvenciaj litiojonaj ĉeloj, sed kun simila efikeco.

Dum ilia lasta dezajno reprezentas signifan plibonigon de ĉi tiu antaŭa versio, esploristo Profesoro Donald Sadoway de MIT rimarkas, ke ankoraŭ estas loko por plibonigo: "Atingi altan jonan konduktivecon en ceramikaj materialoj ĉe altaj temperaturoj povas esti malfacila," li klarigis. "Ĉi tio estis trarompa atingo." La esploristoj esperas, ke post testado de ĉi tiuj plibonigitaj baterioj pruvos taŭgaj por elektraj veturiloj aŭ eĉ funkciigi aviadilojn.

En solidsubstancaj baterioj damaĝo pro trovarmiĝo estas malhelpita uzante ceramikaj elektrolitoj prefere ol brulemaj, likvaj. Se la kuirilaro estas difektita kaj komencas trovarmigi la ceramikajn elektrolitajn karbojn prefere ol ekbruligi, kio malhelpas ĝin ekbruli. La poroj en la strukturo de tiuj solidaj materialoj ankaŭ ebligas ilin porti multe pli altan ŝarĝon de elektra ŝargo kun jonoj moviĝantaj tra plilongigita reto ene de la solido.

Ĉi tiuj trajtoj signifas, ke sciencistoj povis altigi kaj la tension kaj kapacitancon de siaj baterioj kompare kun tiuj enhavantaj brulemajn likvajn elektrolitojn. Fakte, diris profesoro Sadoway: "Ni pruvis litian-aeran ĉelon kun 12 voltoj funkcianta je 90 gradoj C [194 °F]. Tio estas pli alta ol iu ajn alia atingis."

Ĉi tiu nova baterio-dezajno havas aliajn eblajn avantaĝojn super brulemaj elektrolitoj, inkluzive de la fakto, ke ceramikaj elektrolitoj estas ĝenerale pli stabilaj ol organikaj. "La mirinda afero estas kiom bone ĝi funkciis," diris profesoro Sadoway. "Ni akiris pli da energio el ĉi tiu ĉelo ol ni metis en ĝin."

Ĉi tiu stabileco povus permesi al fabrikantoj paki grandajn nombrojn da solidsubstancaj ĉeloj en tekkomputilojn aŭ elektrajn aŭtojn sen devi zorgi pri ili trovarmiĝo, farante aparatojn multe pli sekuraj kaj plilongigante ilian funkcian vivon. Nuntempe, se ĉi tiuj kuirilaroj trovarmiĝas, ili riskas ekbruli - kiel lastatempe okazis kun la telefono Samsung Galaxy Note 7. La rezultaj flamoj estus nekapablaj disvastiĝi ĉar ekzistas neniu aero ene de ĉeloj por daŭrigi bruligadon; efektive, ili estus nekapablaj disvastiĝi preter la loko de la komenca damaĝo.

Ĉi tiuj solidaj materialoj ankaŭ estas tre longdaŭraj; en kontrasto, kelkaj provoj fari litijonajn bateriojn kun brulemaj likvaj elektrolitoj, kiuj funkciigas ĉe pli altaj temperaturoj (pli ol 100 °C) rutine ekbrulas post 500 aŭ 600 cikloj. La ceramikaj elektrolitoj povas elteni pli ol 7500 ŝargajn/senŝargiĝajn ciklojn sen ekbruli."

La novaj trovoj povus esti tre signifaj por etendi la gamon de EV-oj kaj malhelpi saĝtelefonajn fajrojn. Laŭ Sadoway: "Pli malnovaj generacioj de baterioj havis plumbacidajn [aŭtajn] startigajn bateriojn. Ili havis mallongan atingon sed ili estis nekredeble fidindaj", li diris aldonante ke ilia neantaŭvidita malforto estis ke "se ĝi iĝis pli varma ol proksimume 60 °C tiam. ĝi ekbrunus."

La hodiaŭaj litiojonaj kuirilaroj, li klarigas, estas paŝo pli supre de ĉi tio. "Ili havas longan atingon, sed ili povas esti damaĝitaj pro severa trovarmiĝo kaj ekbrulado," li diris aldonante, ke la nova solida baterio eble estas "fundamenta sukceso", ĉar ĝi povus konduki al multe pli fidindaj, pli sekuraj aparatoj.

La sciencistoj ĉe MIT opinias, ke ĉi tiu teknologio povus daŭri kvin jarojn por esti vaste uzata, sed eĉ jam venontjare ili esperas vidi ĉi tiujn specojn de baterioj ĝustigitaj en saĝtelefonoj de grandaj produktantoj kiel Samsung aŭ Apple. Ili ankaŭ rimarkis, ke ekzistas multaj komercaj uzoj por ĉi tiuj ĉeloj krom telefonoj, inkluzive de tekkomputiloj kaj elektraj veturiloj.

Tamen profesoro Sadoway avertas, ke ankoraŭ restas iom da vojo antaŭ ol la teknologio perfektiĝos. "Ni havas ĉelon, kiu aspektas vere bonega sed estas tre fruaj tagoj... Ni ankoraŭ devas fari ĉelojn kun grandskalaj, alt-potencaj denseklektrodoj."

Sadoway opinias, ke ĉi tiu sukceso tuj estos vaste adoptita ĉar ĝi havas la eblon ne nur nutri EV-ojn kun multe pli granda atingo sed ankaŭ eble malhelpi saĝtelefonajn fajrojn. Eble pli surpriza estas lia antaŭdiro, ke solidstataj kuirilaroj povus esti universale uzataj en malpli ol kvin jaroj post kiam la plej multaj produktantoj estas konvinkitaj pri sia sekureco kaj fidindeco.