Baterijų sostų karai: savigydos pranašumai (2)
Ištaisyta kalio baterijų savybė žada jai šviesią ateitį.
Prisijunk prie technologijos.lt komandos!
Laisvas grafikas, uždarbis, daug įdomių veiklų. Patirtis nebūtina, reikia tik entuziazmo.
Sudomino? Užpildyk šią anketą!
Jei turite šiame tūkstantmetyje pagamintą išmanųjį telefoną ar nešiojamąjį kompiuterį, tikėtina, kad didelė dalis jūsų gyvenimo sukasi apie ličio jonų bateriją. Lygiai taip pat tikėtina, kad žinote apie šių baterijų trūkumus: naudojant, jų talpa mažėja, ličio nėra tiek daug, jo gavyba yra aplinkosauginis košmaras, o kartais jos sprogsta. Nepaisant to, didžioji dalis plataus vartojimo elektronikos ir švarios energijos kaupiklių naudoja ličio jonų baterijas, nes kol kas nėra geresnės alternatyvos.
Mokslininkai intensyviai ieško kitų galimybių. Praeitą savaitę Proceedings of the National Academy of Sciences žurnale publikuotame straipsnyje aprašomas kalio pagrindu sukurtų baterijų proveržis. Kalio baterijos laikomos vienu iš geriausių potencialių ličio jonų baterijų konkurentų, nes kalio yra gerokai daugiau nei ličio, o baterijų našumas būtų panašaus lygio — kai tik bus pašalintos kelios kliūtys.
„Labai nepraktiška ir neekonomiška kaip vieninteliu energijos saugojimo būdu kliautis netolygiai Žemės plutoje pasiskirsčiusiu ir retu ličiu,” OneZero dėsto Rensselaer politechnikos instituto mechaninės inžinerijos profesorius ir tyrimo bendraautorius Nikhil Koratkar. Ankstesnės kalio baterijos nepasižymėjo tokiu našumu kaip ličio, tačiau jo komanda išsiaiškino, kaip sukurti galinčią saugiai talpinti daugiau energijos, pažymi jis.
Iš pradžių greitai peržvelkime baterijų veikimo principą: tai yra indai, kuriuose vyksta cheminės reakcijos tarp dviejų elektrodų — teigiamo (katodo) ir neigiamo (anodo) — su tarp jų esančia medžiaga, vadinama elektrolitu. Tai, ką vadiname „galia“, yra elektronų srautas iš neigiamo terminalo į teigiamą. Prietaisą prijungus prie baterijos ir įjungus, grandinė užsidaro ir šis srautas ima tekėti, atlikdamas darbą.
Svarbiausia yra elektrodų cheminė sudėtis. Ličio jonų baterijoje teigiamas elektrodas yra iš ličio junginio, o neigiamas – iš grafito. Litis yra lengvas ir ypač noriai perleidžia elektronus grafitui, todėl jo našumas toks geras. Kalio baterijoje teigiamas elektrodas yra iš (o, stebukle!) kalio. Bet kadangi kalis yra sunkesnis ir jo energijos tankis mažesnis, poroje su grafitiniu elektrodu jis nėra toks našus, paaiškina Koratkaras.
Kalio baterijas kuriantys mokslininkai išsiaiškino, kad šią kliūtį galima apeiti, tiek teigiamą, tiek neigiamą elektrodą gaminant iš kalio. „Tokios kalio baterijos gali konkuruoti su komercinėmis ličio jonų baterijomis,” sako Koratkaras.
Bet, žinoma, yra ir kabliukas — už kurio anksčiau buvo užkibę kiti kalio baterijas tobulinantys tyrėjai. „Bet kokių metalo baterijų Achilo kulnas – atsirandantys ir augantys metalo spygliai – dendritų, – kurie gali sukelti trumpąjį sujungimą ir sukelti gaisrą“ sako Koratkaras. Tokie dendritai primena piktžoles, augančias per betoną. Jeigu jie prasiskverbia per vidines baterijos struktūras, jos gali sprogti.
Būtent šioje srityje tyrėjai ir atliko proveržį. Užuot grūmęsi su dendritų formavimusi, tyrėjai išmoko juos paprasčiausiai nudeginti — šį procesą jie švelniai vadina „savigyda“. Tęsiant piktžolių analogiją, savigyda primena periodiškai ir kontroliuojami įkaistančius šaligatvius, sukepinančius piktžoles. „Nustebome išsiaiškinę, kad kalis yra daug tinkamesnis tokiam gydymui,” pastebi Koratkaras.
Jei tokį būdą sugebės pakartoti kiti tyrėjai, kalio baterijos galėtų išstumti ličio jonus iš sosto. Žinoma, save kaitinančiose baterijose daug kas gali vykti ne taip, kaip reikia, bet komandai tai pavyko saugiai ir kontroliuojamai, bent jau išbandytose mažose baterijose. Siekdama dar labiau užtikrinti saugumą ir mastą, komanda planuoja atkartoti rezultatus didesnėse, pramoninio lygio baterijose.
Kalio jonų baterijų potencialas didžiulis: jos būtų ekonomiškesnis sprendimas ne tik vartotojų elektronikai bet ir stambesniems prietaisams, tokiems, kaip elektromobiliai; negana to, jos galėtų pasiūlyti būdą kaupti žaliosios energijos šaltinių energiją. Tokių perspektyvų jaudulys atsispindi ir tyrime, nes vien per pastaruosius kelis mėnesius straipsnius apie kalio jonų baterijas publikavo mokslininkai iš Rusijos, Australijos ir Japonijos.
Tiriamos ir kitos alternatyvos. Pagal jose naudojamų metalų padėtį periodinėje elementų sistemoje, Koratkar jas dalina į dvi grupes. Cinkas yra kitas pigus metalas perspektyvus (ir keliantis investuotojų susidomėjimą) metalas, kaip ir natris. Galiausiai gali nutikti, ličio jonų monopoliją sugriaus ne kokia nors viena baterija, o visas alternatyvų spektras.
Yasmin Tayag
onezero.medium.com