Slučajno otkriće koje bi moglo promijeniti svijet

Sretno otkriće moglo bi revolucionirati bateriju i promijeniti način na koji napajamo naš svijet. Čini se da se s vremena na vrijeme revolucionarna tehnologija spontano pojavi iz ničega i promijeni naš svijet. Dinamit, penicilin, rendgenski aparati, pa čak i mikrovalne pećnice su primjeri takvih revolucionarnih slučajnih otkrića.

Pa, ove godine smo možda imali još jednu. Međutim, ovaj put ne samo da će revolucionirati način na koji živimo, već potencijalno spasiti našu planetu od nadolazećih klimatskih promjena otključavanjem nedostižne tehnologije: litijum-sumpornih baterija.

Decenijama tragamo za najboljom tehnologijom koja će pokretati naš moderan način života i omogućiti čistu tehnologiju, poput električnih automobila. Od ranih 90-ih, tehnologija izbora baterija bila je litijum-jonska.

Napaja sve, od telefona i Tesle do rezervnih objekata energetske mreže, pa čak i satelita. Ali uprkos činjenici da nas je dovela u 21. vijek, ona ima neke ozbiljne nedostatke.

Prvo, materijali koji su potrebni za njenu izradu, poput kobalta, obično su veoma štetni po okolinu za rudnik. Oni uništavaju ogromne ekosisteme, pa čak i izlučuju otrovne hemikalije. (U praksi postoji i humanitarno pitanje, jer su neki od ovih rudnika uslovi rada smrtonosni i koriste rad djece.)

Zatim postoji problem životnog ciklusa. Zahtijevamo brže punjenje naših uređaja. Ovo važi za sve, od telefona do automobila. Ali, kao što će vam reći svako ko ima pametni telefon, litijum-jonske baterije mogu brzo izgubiti kapacitet ako ih više puta brzo punite.

Degradacija baterije je ozbiljna briga, posebno za svijet električnih vozila. Korištena EV ponekad mogu biti beskorisna ako se baterija potroši, a zamjena će koštati malo bogatstvo. Sve u svemu, ovo usporava usvajanje električnih vozila i takođe znači da će se elektronski otpad koji je već problem samo povećati. Postoji i problem gustine. Litijum-jonska pakovanja su relativno energetski gusta, ali su i dalje prilično teška, velika i glomazna. Ovo ograničava domet električnih automobila jer su baterije tako teške i čini baterije neizvodljivim za neke primjene, poput komercijalnih električnih aviona i brodova.

Postoji čak i problem požara kod litijum-jonskih baterija, jer se oštećena ćelija može spontano zapaliti i intenzivno izgorjeti. Pogledajte samo šta se dogodilo sa nekim od Samsungovih starih telefona (Note 7) i Rimac EV koji je Richard Hammond srušio.

Zbog toga su naučnici u Drexelu istraživali potpuno novi tip baterija, poznat kao litijum-sumpor.Na površini, čini se da litijum-sumpor rješava sve probleme litijum-jona. Koristi daleko manje ekološki štetne materijale, može biti jeftiniji za proizvodnju, može imati do tri puta više energije (što znači lakšu bateriju) i daleko je manje vjerovatno da će se zapaliti. Sve bez ugrožavanja brzine punjenja.

Dakle, u čemu je kvaka? Zašto ih već nemamo?

Pa, oni imaju jedan veliki problem. Dok se litijum-jonska baterija može koristiti za oko 2000 ciklusa punjenja, litijum-sumporna baterija je obično ograničena na samo polovinu toga. Dakle, nakon godinu ili dvije pravilne upotrebe, litijum-sumporna baterija je u osnovi mrtva.

Litijum-sumporne baterije mogu biti jeftinije za proizvodnju i do tri puta više energije od litijum-jonskih baterija.Da bi to riješio, Drexel tim je pokušavao nove pristupe litij-sumporu, mijenjajući spojeve u katodi baterije.

Njihov cilj je bio da uspore hemijsku reakciju koja stvara polisulfide kada se baterija puni i prazni. Ovi kristali efikasno uklanjaju sumpor iz elektrode i na kraju izazivaju ogroman gubitak kapaciteta. Njihovo usporavanje moglo bi produžiti trajanje ovih baterija koje imaju veliku količinu energije.

Ali ono što su umjesto toga pronašli bilo je nešto nevjerovatno: hemijska faza sumpora koja u osnovi zaustavlja degradaciju baterije! Bili su toliko šokirani ovim otkrićem da su morali provjeriti 100 puta kako bi bili sigurni da nisu pogrešno pročitali.

Ova hemijska faza je poznata kao monoklinska gama-faza sumpora, ali je ikada uočena u laboratoriji samo na visokim temperaturama – iznad 95°C (203°F). Ovo je prvi put da je viđen na sobnoj temperaturi.

U bateriji ova faza potpuno zaustavlja reakciju koja stvara polisulfide. Ovo je bilo toliko efikasno da su naučnici poslali bateriju kroz 4.000 ciklusa punjenja bez pada kapaciteta, što znači da traje najmanje dvostruko duže od litijum-jonske.

Također je vrijedno napomenuti da je njihova baterija bila tri puta energetski gušća od litijum-jonske i mogla se puniti jednako brzo!

Ove baterije će težiti trećinu ekvivalentnih litijum-jonskih baterija i imaće dvostruko veći vijek trajanja.

Reći da je ovo izuzetno otkriće je veliko potcenjivanje. Ali ova nova faza sumpora ima i druge prednosti, poput smanjenja ekspanzije baterije i povećanja sigurnosnih margina. Drugim riječima, ova baterija ima sva obilježja vrhunske baterije za masovno tržište, a ovi naučnici su je otkrili sasvim slučajno.

Kao i kod većine slučajnih otkrića, naučnici još nisu shvatili šta se zapravo dešava. Oni još uvijek ne znaju zašto se stvara ova faza sumpora niti kako osigurati da takva i ostane. Zato su potrebna dalja istraživanja kako bi se odgovorilo na ova pitanja kako bi se razvila pouzdana baterija koja se može koristiti u milijardama kompjutera, električnih automobila i slično.

Ali isplatit će se čekati jer će ove baterije težiti trećinu ekvivalentnih litijum-jonskih baterija i imati dvostruko veći vijek trajanja! Kratki letovi, teretni brodovi i putnički trajekti imat će tehnologiju koja će im omogućiti da budu potpuno električni.

To znači da će mnogo brži, efikasniji EV sa dometima hiljadama milja biti komercijalno održiv po sličnoj cijeni kao i današnji EV. Štaviše, oni bi zapravo i dalje bili korisni za 10 godina, dramatično smanjujući otpad i povećavajući stopu usvajanja EV.

Nadalje, letovi na kratkim relacijama, teretni brodovi i putnički trajekti imat će tehnologiju koja će im omogućiti da budu potpuno električni. Ušteda težine, dug životni vijek i konkurentna cijena značit će da ovi sektori konačno mogu postići svoje niskougljične ciljeve.

Ukratko, litijum-sumporne baterije bi mogle omogućiti da se veliki broj aktivnosti odvija na struju, čineći neto nultu emisiju daleko izvodljivijim.

Nevjerovatno, postaje još bolje.

Litijum, sumpor i drugi materijali koji čine ovu novu bateriju su u izobilju širom Zemlje. To znači da možemo drastično minimizirati ekološki utjecaj rudarstva, kao i osigurati jači lanac opskrbe.

Ali to nije kraj ovoga otkrića. Tim u Drexelu već razmatra korištenje ovog otkrića za proizvodnju natrijum-sumpornih baterija. Uklanjanjem potrebe za litijumom, oni mogu učiniti baterije još ekološki prihvatljivijim i eliminisati veliko usko grlo u lancu snabdijevanja, osiguravajući da se usvajanje EV može nastaviti vrtoglavom brzinom koju proizvođači automobila planiraju.

Ovo slučajno otkriće u Drexelu treba revolucionirati svjetsku upotrebu energije i pomoći čovječanstvu da pređe ka čistijem društvu koje je neutralno ugljično. Nadajmo se samo da će tim u Drexelu uskoro izvući ovu tehnologiju iz laboratorije u naše ruke.

Članak An accidental discovery could change the world autora William Lockett-a preveden je sa portala Freethink.