Θα φορτίζουν με ένα ειδικό υγρό

Εν έτει 2018 είναι πλέον σαφές ότι η αυτοκινητοβιομηχανία προσανατολίζεται στα ηλεκτρικά και τα υβριδικά οχήματα, κυρίως λόγω της μόλυνσης που προκαλούν οι κινητήρες εσωτερικής καύσης. Ο ηλεκτρισμός, από την πλευρά του, παρουσιάζει μεγάλη σειρά πλεονεκτημάτων, με κυριότερο αυτόν του μηδενικού αποτυπώματος άνθρακα, και μοναδικό μειονέκτημα τις πολλές ώρες που απαιτούνται προκειμένου να επαναφορτιστούν οι μπαταρίες.

Αυτό πάντως σύντομα θα αποτελεί παρελθόν, καθώς ο καθηγητής Λι Κρόνιν του Πανεπιστημίου της Γλασκόβης δημιούργησε μια «υγρή» μπαταρία, η οποία επαναφορτίζεται δέκα φορές ταχύτερα από τις σημερινές, ανατρέποντας πλήρως τα υφιστάμενα τεχνολογικά δεδομένα.

Ο διακεκριμένος επιστήμονας, απαντώντας σε μια σειρά ερωτημάτων που του έθεσε το ερευνητικό περιοδικό της Ευρωπαϊκής Επιτροπής «Horizon» και ειδικότερα ποια είναι η «πατέντα» της εφεύρεσής του, εξηγεί:

«Ενα συνηθισμένο ηλεκτρικό όχημα διαθέτει μία μπαταρία και, όταν αυτή αδειάσει, πρέπει να την επαναφορτίσετε συνδέοντάς την σε μια πρίζα. Αυτό διαρκεί περίπου μισή με μια ώρα, εάν βρείτε έναν ταχυφορτιστή σ’ έναν σταθμό εξυπηρέτησης αυτοκινητοδρόμων, ή έως και 12 ώρες με έναν απλό φορτιστή στο σπίτι. Η δική μας μπαταρία, ωστόσο, είναι κατασκευασμένη από υγρό και όχι από πλάκες που είναι βυθισμένες σε ηλεκτρολύτες. Εάν αδειάσει, μπορείτε να την ξαναγεμίσετε με το ειδικό υγρό ακριβώς όπως ένα κανονικό όχημα βενζίνης ή ντίζελ και να έχετε και πάλι ενέργεια, μια κίνηση η οποία ολοκληρώνεται σε λίγα μόλις λεπτά».

«Το όλο σύστημα δουλεύει ως εξής» εξηγεί ο Κρόνιν: «Το τμήμα μιας μπαταρίας που περιέχει το φορτίο είναι γνωστό ως ηλεκτρολύτης, είναι στερεό και βρίσκεται κλεισμένο ανάμεσα σε δύο ηλεκτρόδια. Οταν χρησιμοποιείτε την μπαταρία, μια χημική αντίδραση λαμβάνει χώρα μέσα στον ηλεκτρολύτη και η φόρτιση περνά από το ένα ηλεκτρόδιο στο άλλο έως ότου εξαντληθεί ο ηλεκτρολύτης. Στη συνέχεια, φορτίζετε την μπαταρία, αναγκάζοντας τη φόρτιση να κινηθεί προς την αντίθετη κατεύθυνση μέσω των ηλεκτροδίων, μέχρι να επαναφορτιστεί το σύστημα».

Ωστόσο, «μια (υγρή) μπαταρία ροής είναι εντελώς διαφορετική. Και αυτό επειδή ο ηλεκτρολύτης είναι υγρός και μπορεί να αποθηκευτεί σε δεξαμενή και να αντληθεί, χωρίς τη διαδικασία των ηλεκτροδίων κατά τη λειτουργία του. Ετσι, επειδή έχετε πολύ περισσότερο ηλεκτρολύτη να αξιοποιήσετε, μια μπαταρία ροής μπορεί να παραγάγει πολύ περισσότερη ισχύ από τις σημερινές».

Απαντώντας στην ερώτηση «Τελικά είναι η ίδια χημική αντίδραση που παράγει τον ηλεκτρισμό, αλλά απλώς αυτό γίνεται με τη συνεχή ροή του υγρού αντί του στερεού;», ο Κρόνιν υπογραμμίζει ότι όντως είναι έτσι και διευκρινίζει πως πρόκειται για την ίδια χημική αντίδραση, καθώς ο ηλεκτρολύτης είναι ένα απλό ανόργανο άλας στο νερό με ελεγχόμενη διαδικασία «γήρανσης».

«Μέσα σε μια κανονική, σημερινή, μπαταρία λιθίου, το στερεό σύστημα αποδομείται με την πάροδο του χρόνου, με το φορτίο να προσπαθεί να μετακινηθεί εμπρός – πίσω. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο οι μπαταρίες λιθίου διαρκούν μόνο για έναν ορισμένο αριθμό κύκλων φόρτισης – απόρριψης. Στην ανόργανη υγρή μας μπαταρία, όμως, αυτή η διαδικασία γήρανσης δεν συμβαίνει με τον ίδιο τρόπο, αλλά πολύ βραδύτερα, επειδή το ανόργανο άλας είναι εξαιρετικά σταθερό».

Οπως εξηγεί ο Βρετανός επιστήμονας, η ιδέα των «υγρών» μπαταριών δεν είναι καινούργια. Σπεύδει, ωστόσο, να εξηγήσει ότι το βασικό πρόβλημά τους ήταν η χαμηλή ενεργειακή πυκνότητα, καθώς, παρόλο που θα μπορούσε να παραχθεί μεγάλη ισχύς, ήταν απαραίτητη μια πολύ μεγάλη δεξαμενή ηλεκτρολύτη, η οποία δεν θα χωρούσε σε κινητές εφαρμογές, όπως τα οχήματα.

«Ως χημικό με ενδιέφερε πώς μπορούμε να πάρουμε περισσότερα ηλεκτρόνια, δηλαδή περισσότερη ισχύ σε έναν σχετικά περιορισμένο χώρο. Ετσι, φέτος, οι συνάδελφοί μου και εγώ ανακαλύψαμε ότι, εάν δημιουργήσουμε έναν ηλεκτρολύτη με πολύ υψηλή συγκέντρωση μεταλλικού οξειδίου, ήταν σε θέση να απορροφήσει πολύ περισσότερη φόρτιση από ό,τι περιμέναμε. Το αποτέλεσμα ήταν μια μπαταρία ροής με περίπου 10 φορές περισσότερη ενεργειακή πυκνότητα από ό,τι είχε προηγουμένως επιτευχθεί, και έτσι ξαφνικά συνειδητοποίησα ότι με αυτή την ενεργειακή πυκνότητα, η εφαρμογή στα οχήματα θα ήταν επιτέλους δυνατή» λέει ο καθηγητής.

Τέλος, ο Κρόνιν δίνει και ένα χειροπιαστό παράδειγμα που αφορά ένα από τα ταχύτερα και ισχυρότερα ηλεκτρικά αυτοκίνητα στον πλανήτη, το Tesla Model 3, επισημαίνοντας ότι «σήμερα το όχημα διαθέτει μπαταρίες χωρητικότητας 70 kilowatt ανά ώρα. Εμείς θα χρειαστούμε μια δεξαμενή χωρητικότητας μόλις 70 λίτρων, την οποία γεμίζουμε με τον ειδικό ηλεκτρολύτη, για να έχουμε τα ίδια ενεργειακά αποτελέσματα».