Dok se automobilska industrija ubrzano okreće prema potpunoj elektrifikaciji, znanstvenici diljem svijeta vode utrku s vremenom kako bi riješili dva najveća problema današnjih električnih vozila: brzinu punjenja i sigurnost. Najnovije vijesti s Tehničkog sveučilišta u Münchenu (TUM) sugeriraju da smo upravo napravili golem korak naprijed zahvaljujući otkriću koje bi moglo promijeniti način na koji gledamo na “solid-state” ili čvrste baterije.
Tehnologija čvrstih baterija: Sveti gral autoindustrije
Većina današnjih električnih automobila koristi litij-ionske baterije s tekućim elektrolitima. Iako su funkcionalne, one imaju svoja ograničenja – zapaljive su, osjetljive na ekstremne temperature i imaju limitiranu brzinu protoka iona. Čvrste baterije, koje koriste krute elektrolite, smatraju se sljedećom generacijom tehnologije. One nude veću gustoću energije, što znači lakše baterije s većim dometom, a uz to su gotovo nezapaljive.
Upravo u tom segmentu tim profesora Thomasa F. Fässlera s TUM-a postigao je povijesni uspjeh razvojem materijala koji provodi litijeve ione čak 30 posto brže od svih dosad poznatih alternativa.
Kako skandij mijenja pravila igre?
Tajna ovog znanstvenog proboja leži u inovativnom pristupu kristalnoj strukturi materijala. Znanstvenici su koristili spoj poznat kao litijev antimonid, ali su otišli korak dalje. Zamjenom određenih dijelova litija metalnim skandijem, uspjeli su stvoriti specifične “praznine” u kristalnoj rešetki.
Te praznine djeluju poput autoceste za litijeve ione. Umjesto da se probijaju kroz gustu strukturu, ioni se sada kreću slobodnije i brže. Rezultat je dramatično povećanje vodljivosti. U svijetu automobila, to se izravno prevodi u brže punjenje baterije na punjačima visoke snage i bolju isporuku energije elektromotoru pri naglim ubrzanjima.
Rigorozna testiranja i potvrda struke
Otkriće nije ostalo samo u laboratoriju za teorijsku kemiju. Materijal je poslan u TUM-ov Institut za tehničku elektrokemiju, pod vodstvom profesora Huberta Gasteigera, gdje je prošao niz rigoroznih mjerenja i testova u realnim uvjetima.
Tobias Kutsch, jedan od koautora istraživanja, potvrdio je da rezultati mjerenja u potpunosti podržavaju teorijski potencijal materijala. Ono što ovaj materijal čini posebno vrijednim je činjenica da istovremeno provodi i ione i elektrone, što je karakteristika koju inženjeri u autoindustriji izuzetno cijene kod razvoja elektroda. Zbog golemog komercijalnog potencijala, znanstveni tim je već podnio patentnu prijavu.
Jednostavnost proizvodnje kao ključna prednost
Mnogi laboratorijski uspjesi nikada ne dožive serijsku proizvodnju jer su previše komplicirani ili skupi za izradu. Međutim, ovaj novi materijal iz Münchena obećava drugačiji put. Prema riječima znanstvenice Jingwen Jiang, ovaj spoj je termički stabilan, što je ključno za sigurnost automobila u slučaju sudara ili ekstremnih vrućina.
Osim toga, proces proizvodnje je relativno jednostavan i koristi postojeće kemijske metode. Za razliku od prethodnih rekordnih materijala koji su zahtijevali koktel skupih aditiva, ovaj sustav koristi samo jednu dodatnu komponentu – skandij. To bi moglo značiti da će troškovi masovne proizvodnje ovakvih baterija biti znatno niži nego što se prvotno predviđalo.
Što ovo znači za budućnost električnih automobila?
Ovaj korak prema “bržim” i sigurnijim baterijama objavljen je u prestižnom znanstvenom časopisu Advanced Energy Materials. Za prosječnog vozača, to znači da bi se vrijeme provedeno na punjačima uskoro moglo mjeriti u minutama, a ne više u satima.
Povećanje vodljivosti od 30 posto nije samo statistički podatak; to je tehnološki skok koji bi mogao učiniti električna vozila praktičnijima od onih s motorima na unutarnje izgaranje. S obzirom na to da je materijal stabilan i lak za proizvodnju, industrijski giganti poput BMW-a, Mercedesa ili Volkswagena vjerojatno će s velikim zanimanjem pratiti daljnji razvoj ovog patenta s njihovog domaćeg sveučilišta.