Ikerketak egunero erabiltzen ditugun bateriak erresistenteagoak, indartsuagoak eta seguruagoak izan daitezen aurkitu du.
2018. urtea da eta gure eguneroko bizitza elektrizitatez edo bateriez funtzionatzen duten hainbat tramankuluk elikatzen dute. Bateriaz funtzionatzen duten tramankulu eta gailuekiko dugun mendekotasuna izugarri hazten ari da. Bateria energia kimikoa gordetzen duen gailua da, eta energia hori elektrizitate bihurtzen da. Bateriak erreakzio kimiko txikiak dira, energiaz betetako elektroiak sortzen dituztenak, kanpoko gailutik igarotzen direnak. Telefono mugikorrak, ordenagailu eramangarriak edo bestelako ibilgailu elektrikoak izan, bateriak - normalean litio-ioizkoak - dira teknologia horien energia-iturri nagusia. Teknologiak aurrera egiten duen heinean, etengabeko eskaera dago bateria kargagarri trinkoago, edukiera handiko eta seguruagoen bila.
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 dute eta gaur egun tamaina ezberdinetakoak daude, megawatt handikoak, beraz, teorian eguzki-parkeetako energia biltegiratu eta hiri txikiak argitzeko gai dira, edo erloju elektronikoetan erabiltzen direnak bezain txikiak izan daitezke, zoragarria, ezta? Bateria primario deitzen den horretan, elektroien fluxua sortzen duen erreakzioa itzulezina da eta, azkenean, bere erreaktiboetako bat kontsumitzen denean, bateria deskargatu edo hiltzen da. Bateria primario ohikoena zink-karbono bateria da. Bateria primario hauek arazo handia ziren eta bateria horiek botatzeko modu bakarra berrerabili ahal izateko metodo bat aurkitzea zen, hau da, kargagarriak egitea. Bateriak berriekin ordezkatzea ez zen praktikoa, eta, beraz, bateriak gero eta indartsuagoak eta handiak bihurtu ahala, ia ezinezkoa bihurtu zen, gainera, garestiago bihurtu zen ordezkatzea eta botatzea.
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 gaur egun kontsumo- gailu elektronikoetan gehien erabiltzen diren bateriak . Litioa elementu arinenetakoa da eta potentzial elektrokimiko handienetakoa du, beraz, konbinazio hau aproposa da bateriak egiteko. LIBetan, litio ioiak elektrodo desberdinen artean mugitzen dira gatz eta disolbatzaile organikoz osatutako elektrolito baten bidez (LIB tradizional gehienetan). Teorian, litio metala da metal elektrikoki positiboena, ahalmen oso handia duena eta baterientzako aukerarik onena. LIBak kargatzen ari direnean, positiboki kargatutako litio ioia litio metal bihurtzen da. Horrela, LIBak dira gailu eramangarri mota guztietan erabiltzeko bateria kargagarri ezagunenak, iraupen luzea eta ahalmen handia dutelako. Hala ere, arazo nagusi bat da elektrolitoa erraz lurrundu daitekeela, zirkuitulabur bat eraginez baterian eta hori sute arriskua izan daitekeela. Praktikan, LIBak oso ezegonkorrak eta eraginkorrak ez dira, denborarekin litioaren banaketa ez-uniforme bihurtzen baita. LIBek karga- eta deskarga-tasa baxuak ere badituzte, eta segurtasun-kezkek ez dituzte bideragarriak potentzia eta edukiera handiko makina askorentzat, adibidez, ibilgailu elektriko eta hibrido elektrikoentzat. Jakinarazi da LIBek oso gutxitan edukiera eta atxikipen-tasa onak erakusten dituztela.
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 Nano Letters aldizkarian argitaratu berri den ikerketa batean , ikertzaileek erakutsi dute bateria baten segurtasuna eta beste hainbat propietate hobetu daitezkeela nanohariak gehituz, bateria hobea bihurtuz. Txinako Zhejiang Unibertsitateko Teknologia Materialen Zientzia eta Ingeniaritza Fakultateko ikertzaile talde honek aurreko ikerketan oinarritu da, non magnesio borato nanohariak egin zituzten propietate mekaniko eta eroankortasun onak erakusten zituzten. Oraingo ikerketan, egiaztatu dute ea hori egia den baterietan ere, nanohariak egoera solidoko polimero elektrolito bati gehitzen zaizkionean. Egoera solidoko elektrolitoa 5, 10, 15 eta 20 pisuko magnesio borato nanohariekin nahastu zen. Ikusi zen nanohariek egoera solidoko polimero elektrolitoaren eroankortasuna handitzen zutela, eta horrek bateriak sendoagoak eta erresilienteagoak bihurtu zituen, nanoharirik gabeko lehenagokoekin alderatuta. Eroankortasun igoera hau elektrolitotik igarotzen eta mugitzen ziren ioien kopurua handitzearen ondorioz izan zen, eta abiadura askoz azkarragoan. Konfigurazio osoa bateria baten antzekoa zen, baina nanohari gehituta. Horrek errendimendu handiagoa eta ziklo gehiago erakutsi zituen bateria normalekin alderatuta. Sukoitasunaren proba garrantzitsu bat ere egin zen eta ikusi zen bateria ez zela erre. Gaur egungo aplikazio eramangarri erabilienak, hala nola telefono mugikorrak eta ordenagailu eramangarriak, biltegiratutako energia ahalik eta trinkoenarekin eguneratu behar dira. Horrek, jakina, deskarga bortitzen arriskua handitzen du eta gailu horientzat kudeagarria da, behar diren baterien formatu txikia dela eta. Baina baterien aplikazio handiagoak diseinatu eta probatzen diren heinean, segurtasunak, iraunkortasunak eta potentziak garrantzi handia hartzen dute.
***
Iturria (k)
Sheng O et al. 2018. Mg2B2O5 nanohariak gaitutako egoera solidoko elektrolito multifuntzionalak, eroankortasun ioniko handikoak, propietate mekaniko bikainak eta suaren aurkako errendimendua dituztenak. Nano Letters. https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.8b00659
***
