Pređi na sadržaj

Staklena baterija

S Vikipedije, slobodne enciklopedije

Staklena baterija je vrsta stabilne električne baterije. Koristi stakleni elektrolit i litijum ili natrijum metalne elektrode[1][2].

Istorija razvoja

[uredi | uredi izvor]

Bateriju su projektovali Džon B. Gudinaf, pronalazač litijum-kobalt oksida i litijum gvožđe-fosfatnih elektrodnih materijala koji se koriste u litijum-jonskoj bateriji (Li-ion), i Marija H. Braga, vanredni profesor na Univerzitetu u Portu[3] i viši naučni saradnik na Kokrell Skul of Enžinjering na Univerzitetu Teksas.

Rad koji opisuje bateriju objavljen je u časopisu Enerdži & Environmental Scajenc u decembru 2016[4]; od tada su takođe objavljeni brojni naredni radovi[5]. Hidro-Kvebek istražuje bateriju za moguću proizvodnju[6].

Istraživanje staklenih elektrolita

[uredi | uredi izvor]

U septembru 2016. Državnom univerzitetu Ajove je odobreno 1,6 miliona dolara za razvoj novih staklenih čvrstih elektrolita koji provode litijum-jone[7]. U avgustu 2019. objavljeno je da je GM Ministarstva energetike Sjedinjenih Država dodelilo 2 miliona dolara za istraživanje „fundamentalnog razumevanja međufaznih fenomena u solid-state baterijama“ i „vruće presovanje ojačanih potpuno čvrstih baterija sa elektrolit sulfidnog stakla.[8]“

Skepticizam i reakcija na skepticizam

[uredi | uredi izvor]

Inicijalna publikacija u decembru 2016. naišla je na značajan skepticizam od strane drugih istraživača u tehnologiji baterija, pri čemu je nekoliko njih napomenulo da je nejasno kako se dobija napon baterije s obzirom da čisti metalni litijum ili natrijum postoji na obe elektrode, što ne bi trebalo da proizvodi razliku u elektrohemijskom potencijalu, i stoga ne daju napon ćelije[9]. Svaka energija koju baterija uskladišti ili oslobodi bi stoga bi prekršila Prvi zakon termodinamike. Visoka reputacija Gudinafa bila je dovoljna da odvrati najoštrije kritike, a Daniel Steingart sa Univerziteta Prinston je komentarisao: „Ako bi bilo ko osim Gudinafa objavio ovo, ja bih, teško pronašao ljubaznu reč.“

Gudinaf je odgovorio na skepticizam, rekavši: „Odgovor je da ako je litijum obložen na katodnom kolektoru struje dovoljno tanak da bi njegova reakcija sa kolektorom struje smanjila Fermijevu energiju na onu kolektora struje, Fermijeva energija kolektora struje litijumska anoda je viša od one od tankog litijuma obloženog na katodnom strujnom kolektoru." Gudinaf je u kasnijem intervjuu za Slashdot rekao da je litijum na katodi „debljine jednog mikrona“[10].

Gudinafov odgovor je izazvao dodatni skepticizam kod Danijela Steingarta i Metjua Lejsija sa Univerziteta u Upsali, koji ističu da je ovaj efekat podpotencijalnog taloženja poznat samo za izuzetno tanke slojeve (jednoslojeve) materijala. Lejsi takođe primećuje da originalna publikacija ne pominje ograničenje debljine litijuma obloženog katodom, već umesto toga navodi suprotno: da je kapacitet ćelije „određen količinom alkalnog metala koji se koristi kao anoda“[11].

Građevinarstvo i elektrohemija

[uredi | uredi izvor]

Baterija, kao što je objavljeno u originalnoj publikaciji, je konstruisana korišćenjem alkalnog metala (litijum ili natrijum folije) kao negativne elektrode (anode) i mešavine ugljenika i redoks aktivne komponente, kao pozitivne elektrode (katode). Katodna smeša je obložena bakarnom folijom. Redoks aktivna komponenta je ili sumpor, ferocen ili mangan dioksid. Elektrolit je visoko provodljivo staklo formirano od litijum hidroksida i litijum hlorida i dopirano barijumom, što omogućava brzo punjenje baterije bez stvaranja metalnih dendrita.

U publikaciji se navodi da baterija radi tokom pražnjenja uklanjanjem alkalnog metala sa anode i ponovnim taloženjem na katodi, pri čemu je napon baterije određen redoks aktivnom komponentom i kapacitet baterije određen količinom anode alkalnog metala. Ovaj radni mehanizam se radikalno razlikuje od mehanizma umetanja (interkalacije) većine konvencionalnih materijala za Litijum-jonske baterije.

Većina istih autora je 2018. godine opisala novu verziju u Žurnal of the Amerikan Hemikal Sosajeti, u kojoj je katoda obložena posebnim rastvorom plastifikatora kako bi se izbeglo pucanje interfejsa dok se različiti materijali šire različitim brzinama. Braga kaže da nova baterija ima dvostruko veću gustinu energije od konvencionalnih litijum-jonskih baterija i može da se puni 23.000 puta[12]. Kritičari su istakli nekoliko izuzetnih tvrdnji u radu, kao što je rekordno visoka relativna dielektrična konstanta; možda veći od bilo kog snimljenog materijala, i povećanje kapaciteta baterije tokom mnogih ciklusa punjenja, umesto smanjenja kao što je obično slučaj sa svim drugim tehnologijama baterija[13].

Poređenje sa litijum-jonskim baterijama

[uredi | uredi izvor]

Braga i Goodenough su izjavili da očekuju da baterija ima gustinu energije mnogo puta veću od trenutnih litijum-jonskih baterija, kao i opseg radne temperature do -20 °C (-4 °F); mnogo niže od trenutnih solid-state baterija. Takođe je navedeno da elektrolit ima širok elektrohemijski prozor[14]. Dizajn baterije je bezbedniji od litijum-jonskih baterija, pošto se izbegava upotreba zapaljivog tečnog elektrolita. Baterija se takođe može napraviti korišćenjem jeftinog natrijuma umesto litijuma.

Autori tvrde da baterija ima mnogo kraće vreme punjenja od Litijum-jonskih baterija - u minutima, a ne satima. Autori takođe navode da su testirali stabilnost interfejsa alkalni metal/elektrolit tokom 1.200 ciklusa punjenja sa niskim otporom ćelija specifikacija za Li-jonske baterije je obično manja od hiljadu[15].

Izvori

[uredi | uredi izvor]
  1. ^ ssz57 (2017-02-28). „Lithium-Ion Battery Inventor Introduces New Technology for Fast-Charging, Noncombustible Batteries”. UT News (na jeziku: engleski). Pristupljeno 2024-09-02. 
  2. ^ Morris, David Z. „Lithium-Ion Pioneer Introduces New Battery That’s Three Times Better”. Fortune (na jeziku: engleski). Pristupljeno 2024-09-02. 
  3. ^ Porto, Faculty of Engineering of the University of. „FEUP - Helena Braga”. sigarra.up.pt (na jeziku: engleski). Pristupljeno 2024-09-02. 
  4. ^ Braga, M. H.; Grundish, N. S.; Murchison, A. J.; Goodenough, J. B. (2017-01-18). „Alternative strategy for a safe rechargeable battery”. Energy & Environmental Science (na jeziku: engleski). 10 (1): 331—336. ISSN 1754-5706. doi:10.1039/C6EE02888H. 
  5. ^ Sakai, Masanori (2023-05-24). „Cathode reaction models for Braga-Goodenough Na-ferrocene and Li-MnO2 rechargeable batteries: Original scientific paper”. Journal of Electrochemical Science and Engineering (na jeziku: engleski). 13 (4): 687—711. ISSN 1847-9286. doi:10.5599/jese.1704. 
  6. ^ „Hydro-Québec to Commercialize Glass Battery Co-Developed by John Goodenough - IEEE Spectrum”. spectrum.ieee.org (na jeziku: engleski). Pristupljeno 2024-09-02. 
  7. ^ „ARPA-E | Glassy Solid Electrolytes”. web.archive.org. 2017-04-27. Arhivirano iz originala 27. 04. 2017. g. Pristupljeno 2024-09-02. 
  8. ^ „US awards General Motors $2 million for solid-state battery research”. CNET (na jeziku: engleski). Pristupljeno 2024-09-02. 
  9. ^ LeVine, Steve (2017-03-20). „The 94-year-old father of the lithium-ion battery says he's made another big breakthrough”. Quartz (na jeziku: engleski). Pristupljeno 2024-09-02. 
  10. ^ „The Slashdot Interview With Lithium-Ion Battery Inventor John B. Goodenough - Slashdot”. hardware.slashdot.org (na jeziku: engleski). 2017-04-19. Pristupljeno 2024-09-02. 
  11. ^ „On the skepticism surrounding the "Goodenough battery" · Matthew J. Lacey”. lacey.se (na jeziku: engleski). Pristupljeno 2024-09-02. 
  12. ^ Hanley, Steve (2018-06-26). „The Solid-State Lithium-Ion Battery — Has John Goodenough Finally Done It?”. CleanTechnica (na jeziku: engleski). Pristupljeno 2024-09-02. 
  13. ^ Hanley, Steve (2018-06-26). „The Solid-State Lithium-Ion Battery — Has John Goodenough Finally Done It?”. CleanTechnica (na jeziku: engleski). Pristupljeno 2024-09-02. 
  14. ^ Braga, M. H.; Ferreira, J. A.; Stockhausen, V.; Oliveira, J. E.; El-Azab, A. (2014). „Novel Li 3 ClO based glasses with superionic properties for lithium batteries”. J. Mater. Chem. A (na jeziku: engleski). 2 (15): 5470—5480. ISSN 2050-7488. doi:10.1039/C3TA15087A. 
  15. ^ „Will a New Glass Battery Accelerate the End of Oil? - IEEE Spectrum”. spectrum.ieee.org (na jeziku: engleski). Pristupljeno 2024-09-02. 
Preuzeto iz „https://sr.wikipedia.org/w/index.php?title=Стаклена_батерија&oldid=28442991”