Ano ang mga flexible solid state na baterya?

Isang grupo ng mga internasyonal na siyentipiko ang nakabuo ng bagong uri ng solid-state na baterya na maaaring tumaas ang hanay ng mga de-kuryenteng sasakyan at maiwasan ang sunog sa mga laptop at smartphone. Inilalarawan ng mga may-akda ang kanilang mga natuklasan sa Advanced Energy Materials. Sa pamamagitan ng pagpapalit ng mga likidong electrolyte na ginagamit sa mga nakasanayang rechargeable na baterya ng 'solid', ang mga ceramic ay nakakagawa sila ng mas epektibo, pangmatagalang baterya na mas ligtas din para sa paggamit. Umaasa ang mga mananaliksik na ang mga kalamangan na ito ay maaaring magbigay daan para sa mas mahusay, mas berdeng mga baterya para sa lahat ng uri ng mga device kabilang ang mga de-kuryenteng sasakyan.

Ang mga may-akda ng pag-aaral, mula sa US at UK, ay nag-explore ng mga alternatibo sa mga likidong electrolyte sa mga baterya ng lithium ion sa loob ng ilang panahon. Noong 2016, inanunsyo nila ang pagbuo ng isang solid-state na baterya na maaaring gumana nang higit sa dalawang beses ang boltahe ng mga conventional lithium ion cells, ngunit may katulad na kahusayan.

Habang ang kanilang pinakabagong disenyo ay kumakatawan sa isang makabuluhang pagpapabuti sa mas naunang bersyon na ito, ang mananaliksik na si Propesor Donald Sadoway mula sa MIT ay nagsabi na mayroon pa ring puwang para sa pagpapabuti: "Ang pagkamit ng mataas na ionic conductivity sa mga ceramic na materyales sa mataas na temperatura ay maaaring maging mahirap," paliwanag niya. "Ito ay isang tagumpay na tagumpay." Ang mga mananaliksik ay umaasa na pagkatapos ng pagsubok ang mga pinahusay na baterya ay magiging angkop para sa mga de-kuryenteng sasakyan o kahit na nagpapagana ng mga eroplano.

Sa solid state na mga baterya, ang pinsala dahil sa sobrang pag-init ay pinipigilan sa pamamagitan ng paggamit ng mga ceramic electrolyte kaysa sa mga nasusunog at likido. Kung ang baterya ay nasira at nagsimulang mag-overheat ang ceramic electrolyte chars sa halip na mag-apoy, na pumipigil sa pag-apoy nito. Ang mga pores sa istraktura ng mga solidong materyales na ito ay nagbibigay-daan din sa kanila na magdala ng mas mataas na karga ng elektrikal na singil na may mga ion na gumagalaw sa isang pinahabang network sa loob ng solid.

Ang mga tampok na ito ay nangangahulugan na ang mga siyentipiko ay nagawang itaas ang parehong boltahe at kapasidad ng kanilang mga baterya kumpara sa mga naglalaman ng mga nasusunog na likidong electrolyte. Sa katunayan, sabi ni Propesor Sadoway: "Nagpakita kami ng lithium-air cell na may 12 volts na tumatakbo sa 90 degrees C [194°F]. Iyan ay mas mataas kaysa sa naabot ng iba."

Ang bagong disenyo ng baterya na ito ay may iba pang potensyal na pakinabang kaysa sa mga nasusunog na electrolyte, kabilang ang katotohanan na ang mga ceramic electrolyte ay karaniwang mas matatag kaysa sa mga organic. "Ang kamangha-manghang bagay ay kung gaano ito nagtrabaho," sabi ni Propesor Sadoway. "Nakakuha kami ng mas maraming enerhiya mula sa cell na ito kaysa sa inilagay namin dito."

Ang katatagan na ito ay maaaring magbigay-daan sa mga manufacturer na mag-pack ng malaking bilang ng mga solid-state na cell sa mga laptop o mga de-kuryenteng sasakyan nang hindi kailangang mag-alala tungkol sa mga ito na mag-overheat, na ginagawang mas ligtas ang mga device at nagpapahaba ng kanilang buhay sa paggana. Sa kasalukuyan, kung mag-overheat ang mga ganitong uri ng mga baterya, nanganganib silang masunog - tulad ng nangyari kamakailan sa teleponong Samsung Galaxy Note 7. Ang mga nagresultang apoy ay hindi makakalat dahil walang hangin sa loob ng mga selula upang mapanatili ang pagkasunog; sa katunayan, hindi nila magagawang kumalat sa kabila ng lugar ng unang pinsala.

Ang mga solidong materyales na ito ay napakatagal din; sa kabaligtaran, ang ilang mga pagtatangka na gumawa ng mga baterya ng lithium ion na may mga nasusunog na likidong electrolyte, na gumagana sa mas mataas na temperatura (higit sa 100°C) ay karaniwang nasusunog pagkatapos ng 500 o 600 na cycle. Ang mga ceramic electrolyte ay maaaring makatiis ng higit sa 7500 charge/discharge cycle nang hindi nasusunog."

Ang mga bagong natuklasan ay maaaring maging napakahalaga para sa parehong pagpapalawak ng hanay ng mga EV at pagpigil sa mga sunog sa smartphone. Ayon kay Sadoway: "Ang mga lumang henerasyon ng mga baterya ay may mga lead acid [kotse] na mga starter na baterya. Mayroon silang isang maikling saklaw ngunit sila ay hindi kapani-paniwalang maaasahan," aniya at idinagdag na ang kanilang hindi inaasahang kahinaan ay "kung ito ay naging mas mainit kaysa sa mga 60°C noon. ito ay magliyab."

Ang mga baterya ng lithium ion ngayon, paliwanag niya, ay isang hakbang mula rito. "Mayroon silang mahabang hanay ngunit maaari silang mapinsala ng matinding overheating at pag-aapoy," aniya at idinagdag na ang bagong solid-state na baterya ay potensyal na isang "pangunahing tagumpay" dahil maaari itong humantong sa mas maaasahan, mas ligtas na mga aparato.

Ang mga siyentipiko sa MIT ay nag-iisip na ang teknolohiyang ito ay maaaring tumagal ng limang taon upang malawakang magamit ngunit kahit na sa susunod na taon ay umaasa silang makita ang mga ganitong uri ng mga baterya na nilagyan sa mga smartphone mula sa malalaking tagagawa tulad ng Samsung o Apple. Napansin din nila na maraming komersyal na gamit para sa mga cell na ito bukod sa mga telepono, kabilang ang mga laptop at mga de-kuryenteng sasakyan.

Gayunpaman, nagbabala si Propesor Sadoway na mayroon pa ring ilang paraan upang gawin bago maging perpekto ang teknolohiya. "Mayroon kaming isang cell na mukhang napakahusay ngunit ito ay masyadong maagang mga araw ... Hindi pa kami nakakagawa ng mga cell na may malalaking sukat, high-power density electrodes."

Naniniwala si Sadoway na ang pambihirang tagumpay na ito ay agad na maa-adopt dahil mayroon itong potensyal na hindi lamang mag-fuel ng mga EV na may mas malawak na hanay kundi pati na rin ang potensyal na maiwasan ang mga sunog sa smartphone. Marahil ang mas nakakagulat ay ang kanyang hula na ang mga solid state na baterya ay maaaring magamit sa pangkalahatan sa wala pang limang taon kapag ang karamihan sa mga tagagawa ay kumbinsido sa kanilang kaligtasan at pagiging maaasahan.