Ikerketak egunero erabiltzen ditugun bateriak erresistenteagoak, indartsuagoak eta seguruagoak izan daitezen aurkitu du.
2018a da eta gure eguneroko bizitzak martxan jartzen dituzten tramankulu ezberdinek elikatzen dute elektrizitatea edo baterietan. Bateriez funtzionatzen duten tramankulu eta gailuekiko konfiantza izugarri hazten ari da. A Bateria elektrizitate bihurtzen den energia kimikoa gordetzen duen gailua da. Bateriak kanpoko gailutik igarotzen den elektroi asko sortzen duten erreakzio kimiko erreaktore txikiak dira. Bere telefono mugikorrak edo ordenagailu eramangarriak edo beste ibilgailu elektrikoak izan, bateriak –oro har litio-ioi– dira teknologia hauen energia iturri nagusia. Teknologiak aurrera egiten duen heinean, bateria kargagarri trinkoagoak, ahalmen handikoak eta seguruagoak izateko eskaera etengabea dago.
Bateriek historia luze eta loriatsua dute. Benjamin Franklin zientzialari estatubatuarrak 1749an erabili zuen lehen aldiz "bateria" terminoa, elektrizitatearekin esperimentuak egiten zituen kondentsadore lotu multzo bat erabiliz. Alessandro Volta fisikari italiarrak 1800ean asmatu zuen lehen bateria, kobre (Cu) eta zink (Zn) diskoak ur gazian bustitako oihalez banandutako diskoak pilatu zituenean. Berun-azido bateria, bateria kargagarririk iraunkorrenetakoa eta zaharrenetakoa 1859an asmatu zen eta gaur egun gailu askotan erabiltzen da barne errekuntzako motorra barne ibilgailuetan.
Bateriak bide luzea egin du eta gaur egun Megawatt tamaina handietatik hainbat tamainatakoak dira, beraz, teorian, eguzki-ustiategietako energia gordetzeko eta hiri txikiak argitzeko gai dira edo erloju elektronikoetan erabiltzen direnak bezain txikiak izan daitezke. , zoragarria ez da. Bateria primarioa deitzen den batean, elektroien fluxua sortzen duen erreakzioa itzulezina da eta azkenean bere erreaktiboetako bat kontsumitzen denean bateria hutsik geratzen da edo hil egiten da. Bateria primario ohikoena zink-karbono bateria da. Lehen pila hauek arazo handia ziren eta pilak botatzeari aurre egiteko modu bakarra berrerabili ahal izateko metodo bat aurkitzea zen, hau da, kargagarriak izatea. Bateriak beste batekin ordezkatzea, jakina, ez zen praktikoa eta, beraz, bateriak gehiago bihurtu ahala indartsua eta handia ezinezkoa bihurtu zen haiek ordezkatzea eta botatzea nahiko garestia ez esatea.
Nikel-kadmioko bateria (NiCd) alkali bat elektrolito gisa erabiltzen zuten lehen bateria kargagarri ezagunak izan ziren. 1989an nikel-metal hidrogeno pilak (NiMH) garatu ziren NiCd bateriak baino iraupen luzeagoa zutela. Hala ere, eragozpen batzuk zituzten, batez ere gehiegizko kargarekiko eta berotzearekiko oso sentikorrak zirela, batez ere kobratzen zirenean, esate baterako, gehienezko tarifara. Hori dela eta, poliki eta kontu handiz kargatu behar ziren kalteak saihesteko eta denbora luzeagoak behar izan zituzten kargagailu sinpleagoek kargatzeko.
1980an asmatuak, litio-ioizko bateriak (LIB) dira kontsumitzaileetan gehien erabiltzen diren bateriak. elektronikoak gailuak gaur. Litioa elementu arinenetako bat da eta potentzial elektrokimiko handienetakoa du, beraz, konbinazio hau ezin hobea da bateriak egiteko. LIBetan, litio ioiak elektrodo ezberdinen artean mugitzen dira gatz egindako elektrolito baten bidez eta organikoa disolbatzaileak (LIB tradizional gehienetan). Teorian, litio metala elektrikoki positiboena den metala da oso gaitasun handia duena eta baterien aukerarik onena da. LIBak kargatzen ari direnean, positiboki kargatutako litio ioia litio metal bihurtzen da. Hori dela eta, LIBak bateria kargagarri ezagunenak dira gailu eramangarri mota guztietan erabiltzeko, bizitza luzea eta gaitasun handia dutelako. Hala ere, arazo nagusi bat elektrolitoa erraz lurrundu daitekeela da, baterian zirkuitulaburra eraginez eta sute arriskua izan daitekeela. Praktikan, LIBak benetan ezegonkorrak eta eraginkorrak dira, denboraren poderioz litioaren xedapenak ez-uniformeak bihurtzen baitira. LIBek ere karga eta deskarga tasa baxuak dituzte eta segurtasun-kezkak bideraezinak bihurtzen dituzte potentzia handiko eta ahalmen handiko makina askorentzat, adibidez, ibilgailu elektriko elektriko eta hibridoak. LIBek oso gutxitan edukiera eta atxikipen-tasa ona erakusten duela jakinarazi da.
Beraz, baterien munduan dena ez da perfektua, azken urteotan bateria asko ez-seguru gisa markatu baitira su hartzen dutelako, fidagarriak ez direlako eta batzuetan eraginkorrak ez direlako. Mundu osoko zientzialariak txikiak, segurtasunez kargatzeko modukoak, arinagoak, elastikoagoak eta aldi berean indartsuagoak izango diren bateriak eraikitzen saiatzen ari dira. Horregatik, arreta egoera solidoko elektrolitoetara aldatu da alternatiba potentzial gisa. Hau helburu bezala mantentzea zientzialariek hainbat aukera probatu dituzte, baina egonkortasuna eta eskalagarritasuna izan dira ikerketa gehienen oztopoa. Polimero-elektrolitoek potentzial handia erakutsi dute egonkorrak ez ezik, malguak eta merkeak direlako. Zoritxarrez, elektrolito polimero horien arazo nagusia eroankortasun eskasa eta propietate mekanikoak dira.
ACS-en argitaratu berri den ikerketa batean Nano letrak, ikertzaileak erakutsi dute bateria baten segurtasuna eta baita beste hainbat propietate ere hobetu daitezkeela nanoharileak gehituz, bateria hobea bihurtuz. Materialen Zientzia eta Ingeniaritza Fakultateko ikertzaile-talde honek, Txinako Zhejiang Teknologia Unibertsitateko Unibertsitateko ikertzaile-talde honek aurreko ikerketetan oinarritu du, non propietate mekaniko eta eroankortasun onak zituzten magnesio borato nanoharileak egin zituzten. Oraingo ikerketan egiaztatu dute baterietarako ere egia izango ote den hala denean nanohariak egoera solidoko polimero elektrolito bati gehitzen zaizkio. Egoera solidoko elektrolitoa magnesio borato nanoharileen 5, 10, 15 eta 20 pisuarekin nahastu zen. Ikusi zen nanoharileek egoera solidoko polimero elektrolitoaren eroankortasuna areagotu zutela, eta horrek bateriak sendoagoak eta elastikoagoak izan zituen lehen nanoharirik gabekoekin alderatuta. Eroankortasunaren igoera hau elektrolitotik igarotzen eta mugitzen den ioi kopurua handitu zelako eta askoz ere abiadura azkarragoan gertatu zen. Konfigurazio osoa bateria baten modukoa zen, baina nanoharileak gehituta. Honek errendimendu-tasa handiagoa eta zikloak handitu zituen bateria normalekin alderatuta. Suturagarritasun proba garrantzitsu bat ere egin zen eta bateria ez zela erretzen ikusi zen. Gaur egungo telefono mugikorrak eta ordenagailu eramangarriak bezalako aplikazio eramangarri erabiliak eguneratu behar dira biltegiratutako energia gehien eta trinkoenarekin. Horrek, jakina, deskarga bortitza izateko arriskua areagotzen du eta horrelako gailuetarako kudeagarria da beharrezkoa den baterien formatu txikia delako. Baina baterien aplikazio handiagoak diseinatu eta probatzen diren heinean, segurtasunak, iraunkortasunak eta potentziak berebiziko garrantzia hartzen dute.
***
{Jatorrizko ikerketa-lana irakur dezakezu behean aipatzen den DOI estekan aipaturiko iturrien zerrendan}
Iturria (k)
Sheng O et al. 2018. Mg2B2O5 Nanowire Gaitutako funtzio anitzeko egoera solidoko elektrolitoak, eroankortasun ioniko handikoa, propietate mekaniko bikainak eta suaren errendimenduaren aurkakoa. Nano letrak. https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.8b00659
