IBM a dezvoltat un nou tip de baterie în care nu există metale grele! Producătorul auto care s-a interesat imediat de asta

De Alex Pe 27 decembrie 2019

Divizia IBM Research a gigantului electronic american a dezvoltat un nou tip de baterie în care nu există metale grele precum cobaltul și nichelul. În schimb se folosesc materiale speciale obținute din apa mării!

Astăzi, IBM Research se bazează pe o lungă istorie a inovației științei materialelor pentru a dezvălui o nouă descoperire în domeniul bateriilor. Această nouă cercetare ar putea ajuta la eliminarea necesității folosirii de metale grele în producția de baterii și la transformarea durabilității pe termen lung a multor elemente ale infrastructurii noastre energetice.

Pe măsură ce alternativele alimentate cu baterii pentru orice, de la vehicule până la rețelele inteligente de energie sunt explorate, rămân preocupări semnificative în ceea ce privește durabilitatea tehnologiilor disponibile pentru baterii.

Multe materiale pentru baterii, inclusiv metale grele, cum ar fi nichel și cobalt, prezintă riscuri umane enorme pentru mediu. Cobaltul, care este disponibil în mare parte în Africa Centrală, a ajuns în atenţia a milioane de oameni din cauza practicilor de extracție neatentă și exploatatoare, existând cazuri când au fost văzuţi chiar minori puşi la muncă.

Folosind trei materiale noi și diferite, care nu au fost înregistrate niciodată ca fiind combinate într-o baterie, echipa de la IBM Research a descoperit o chimie pentru o baterie nouă, care nu folosește metale grele sau alte substanțe cu probleme de aprovizionare. Materialele pentru această baterie pot fi extrase din apa de mare, punând bazele tehnicilor de aprovizionare mai puțin invazive decât metodele actuale de extragere a materialelor.

La fel de promițătoare ca și compoziția acestei noi baterii este potențialul de performanță. În testele inițiale, s-a dovedit că poate fi optimizat pentru a depăși capacitățile bateriilor cu ioni de litiu într-o serie de categorii individuale, inclusiv costuri mai mici, timp de încărcare mai rapid, putere mai mare și densitate de energie, eficiență energetică puternică și inflamabilitate redusă.

Descoperit în Laboratorul de baterii al IBM Research, acest proiect utilizează un material catodic fără cobalt și nichel, precum și un electrolit lichid sigur, cu un punct de aprindere ridicat. Această combinație unică de catod și electrolit a demonstrat o capacitate de a suprima dendritele de metal litiu în timpul încărcării, reducând astfel inflamabilitatea, ceea ce este considerat în mare măsură un dezavantaj semnificativ pentru utilizarea metalului litiu ca material anodic.

Această descoperire deține un potențial semnificativ pentru bateriile folosite pentru vehiculele electrice, de exemplu, atunci când intră în joc probleme precum inflamabilitatea, costul și timpul de încărcare. Testele actuale arată că sunt necesare mai puțin de cinci minute pentru ca bateria – configurată pentru putere mare – să atingă o stare de încărcare de 80%. În combinație cu costul relativ scăzut de aprovizionare a materialelor, obiectivul unui vehicul electric cu costuri reduse de încărcare rapidă ar putea deveni o realitate.

Într-o arenă cu evoluție rapidă a vehiculelor care zboară și a aeronavelor electrice, accesul la baterii cu o densitate de putere foarte mare, care poate scala rapid o sarcină de putere, este esențial. Când este optimizat pentru acest factor, acest nou design al bateriei depășește peste 10.000 W/L, depășind cele mai puternice baterii cu ioni de litiu disponibile în prezent.

În plus, testele IBM Research au arătat că această baterie poate fi proiectată pentru un ciclu de viață lungă, ceea ce o face o opțiune pentru aplicațiile de rețea inteligentă de energie electrică și noile infrastructuri energetice, unde longevitatea și stabilitatea sunt esențiale.

În general, această baterie a arătat capacitatea de a depăși bateriile cu ioni de litiu existente nu numai în aplicațiile enumerate anterior, dar poate fi, de asemenea, optimizată pentru o serie de beneficii specifice, inclusiv:

Cost mai mic: Materialele catodului activ tind să coste mai puțin, deoarece sunt lipsite de cobalt, nichel și alte metale grele. Aceste materiale sunt, de obicei, foarte consumatoare de resurse și au provocat, de asemenea, îngrijorări cu privire la durabilitatea lor.
Încărcare mai rapidă: sunt necesare mai puțin de cinci minute pentru a ajunge la o stare de încărcare de 80% (SOC), fără a compromite capacitatea de descărcare specifică.
Densitate mare de putere: mai mult de 10.000 W/L – watt/litru (depășind nivelul de putere pe care îl poate atinge tehnologia bateriilor cu litiu-ion).
Densitate energetică ridicată: mai mult de 800 Wh/L, comparabilă cu cea a unei baterii litiu-ion de ultimă generație.
Eficiență energetică excelentă: mai mult de 90 la sută (calculat din raportul dintre energia pentru descărcarea bateriei peste energia pentru încărcarea bateriei).
Inflamabilitate scăzută a electroliților.

Pentru a muta această nouă baterie dintr-o cercetare exploratorie în stadiu timpuriu în dezvoltarea comercială, IBM Research a făcut echipă cu Mercedes-Benz Research and Development North America, Central Glass – unul dintre furnizorii de top ai electrolitului bateriilor din lume și Sidus – producător de baterii care urmărește crearea unui nou ecosistem de dezvoltare a bateriilor de generație următoare. În timp ce planurile pentru dezvoltarea mai mare a acestei baterii sunt încă în faza de explorare, speranța celor de la IBM este că acest ecosistem în devenire va ajuta la aducerea acestor baterii în realitate.

Pentru a merge mai departe, echipa a implementat, de asemenea, o tehnică a inteligenței artificială (AI) numită îmbogățire semantică pentru a îmbunătăți și mai mult performanța bateriei prin identificarea materialelor mai sigure și performante. Metode de învățare automată îi vor ajuta pe cercetători să testeze ipoteze în timp ce se procesează rezultatele a milioane de experimente, astfel putând fi grăbit ritmul inovației în acest domeniu important de studiu.

Vezi şi: