Future Energy - Energia Przyszłości - Czemu baterie utknęły w latach 90tych?

Kiedy w 2009 r. Apple przedstawił nowego MacBook Pro okazało się, ze pomyśleli także o nowym typie baterii o żywotności do 40 % większej niż dotychczasowy model.  Laptop działa ponad 7 godzin na baterii, niemal tyle ile trzeba żeby obejrzeć "Lawrence w Arabii" 2 razy z rzędu. Ówczesny szef marketingu Appla Phil Schiller nazwał tę baterię rewolucyjną. Ale czy tak było?

Skok technologiczny przez 2 dekady był faktycznie zadziwiający. Komputery zmieniły się z praktycznych pudeł w wysmukłe prostokąty z połyskującego metalu i szkła, mieszczące się właściwie w kieszeni. Dzisiejsze urządzenia są dalece doskonalsze. Nowy Smartwatch ma więcej mocy obliczeniowej niż cały lądownik kosmiczny Apollo. Baterie to osobna historia.
Mimo, że nabywcy elektroniki od Apple po Samsunga wlewają miliony dolarów w celu dodania bateriom żywotności, dzisiejsza technologia nie jest gotowa na postęp przez najbliższe kilka lat. Ale to nie spowolni napływu kolejnych fal urządzeń zasilanych, a więc zależnych od baterii.
Z jakiego powodu technologia dotycząca baterii stanęła na debacie między wynalazcami, z których wielu twierdzi, że dotarliśmy do granic, jakie nauka mogła osiągnąć.  Niezależnie od powodu wciąż jest żywa potrzeba znalezienia sposobu wyciśnięcia większej ilości soku z baterii w przenośnych urządzeniach.
Aby zrozumieć co się dzieje warto spojrzeć gdzie byli konstruktorzy baterii, w jakim miejscu są obecnie, a także jakie wyzwania przed nimi stoją. Michael Sinkula z Envia Systems, prężnie działającego startupu z Kalifornii przeanalizował dane i doszedł do wniosku, że w kwestii wielkość energii nie podwoiła się od  1995 r. do 2007 r., czyli ponad dekady. W zasadzie żywotność baterii nie wzrosła o więcej niż 29 %, Envia zakłada, ze ten stan się nie zm
Typowy laptop pracuje obecnie średnio 10 godzin, podczas, gdy w czasie kiedy zaprzysięgany był prezydent Barack Obama czas ten wynosił 4 godziny. Jak to możliwe? Postęp technologiczny zazwyczaj ma 2 źródła: niepohamowane dążenie do minimalizowania rozmiarów i nieustające ulepszanie oprogramowania żeby wszystko działało coraz sprawniej.
Mózgiem komputera jest jego mikroprocesor, mały czip, który wykonuje te obliczenia, które są odpowiedzialne za wykonanie takiego rysunku jaki tworzysz lub za poinformowanie przez facebook o urodzinach znajomych. Przez dekady firmy prześcigały się w pomysłach na zmniejszanie rozmiarów procesora. W miarę jak stawał się coraz mniejszy zużywał mniej energii, życie baterii stawało się dłuższe. Baterie też są różne. Zasadniczo składają się z metalu i związków chemicznych. Kiedy są podłączone płynie prąd. Problem z zawartością i właściwościami chemicznymi jest taki, że nie zawsze zmniejszenie rozmiaru oznacza zwiększenie jakości. Można porównać to do kufla piwa: jeśli wlejesz mnij piwa do kufla, będziesz miał mniej piwa.
Do dzisiaj postęp w zakresie jakości baterii ma związek głownie ze stosowaniem coraz to nowych materiałów. Baterie zaczęły starczać na dłużej kiedy zaprzestano opierania się na niklu, a zaczęto wykorzystywać lit. John Goodenough, naukowiec zajmujący się zagadnieniem rozwoju technologii baterii twierdzi, że obecnie badania koncentrują się głównie na ulepszaniu baterii litowych. Dodaje też, że niezwykle ciężko jest przekroczyć granice jakie zostały osiągnięte. Mimo, że znacznie więcej ludzi pracuje nad tymi zagadnieniami niż kiedy Goodenough zaczynał swoje badania to naukowcy po prostu już nie mają na czym pracować.
Smartfone, który pracowałby bez ładowania tydzień, a nie jeden dzień wymaga radyklanie innej, nowej technologii, która nie została nawet zaprojektowana na desce kreślarskiej.Historia nowoczesnych baterii sięga XVIII wieku, kiedy naukowcy natknęli się na źródło stałej energii, kiedy umieścili metalowy pręt w słoju wyłożonym aluminiową folią, wypełnionym słoną woda. Jeśli dotkniesz jedną ręką pręta a drugą słoja będzie ból. W książce "Baterie. Jak przenośna energia zapoczątkowała rewolucję technologiczną" Henry Schlesinger opowiada o tym jak dwóch naukowców bawiło się butelką lejdejską, jednym z nich był poeta Percy Bysshe Shelley. W młodości eksperymentował z pomocą siostry, zainspirował również swoją żonę na tyle, że użyła ona zjawiska elektryczności jako podstawy fabuły jej powieści "Frankenstein". Niedługo zanim ludzie mieli okazję przeczytać powieść Alessandro Volta, przedstwił pierwsza szeroko stosowaną baterię- Voltic Pile układając na sobie płytki cynkowe i miedziane odielając je od siebie materiałem nasączonym słoną wodą. Dzisiejsze baterie nie różnią się za wiele. Jeśli przetniemy jakąś wszerz zobaczymy, że składa się z metalu takiego jak na przykład lit z jednej strony , a z drugiej strony z innego materiału - najczęściej węgla. Między nimi jest odpowiednik tego czego użył Volta 200 lat temu czyli plastik w otoczce żelowej lub inny płyn, mający za zadanie nie dopuścić do wzajemnej reakcji między metalami, ale pozwalający atomom krążyć swobodnie.
Kiedy stworzy się połączenie poprzez zetknięcie kabla z jednej strony i baterii z drugiej elektrony płyną i włącza się np. żarówka, kluczyk zamykający samochód wydaje swoje "beep", a wieża stereo zaczyna grać. Najbardziej popularne w dzisiejszych urządzeniach są baterie litowo-jonowe, których używamy od dwóch dekad.Baterie są krwią techniki. W 1990 r. kiedy baterie litowo-jonowe opanowały rynek światowe (wg danych Avicenne Energy) zapotrzebowanie szacowano na 200.000 megawatów na godzinę. To stanowi równowartość jakichś 44,4 miliardów baterii AA  Energizer Ultimate Lithium, wystarczające do okrążenia ziemi dokoła 57 razy. W 2013 r. niemal 2 dekady później zapotrzebowani niemal się podwoiło.
Instytut Lux Research przewiduje, że same wydatki na baterie do urządzeń elektronicznych wyniosą do  2010 r. 26,6 mld dolarów, ponad 40% więcej niż w 2014 r. Większość popytu wynika z konieczności ich stosowania w telefonach i tabletach, w obu przypadkach ten wzrost szacowany jest na ponad 45% przez następnych 6 lat. Baterie stosowane w środkach transportu, np. w samochodach prawdopodobnie również się podwoi do poziomu 20.9 miliardów. W oparciu o takie prognozy wielu wynalazców pracuje nad ulepszeniem wydajności baterii, mimo to niewiele przełomowych dokonań odnotowano. Większość ulepszeń zastosowano w samochodach i przewodach elektrycznych.
Gigant technologiczny IBM, przykładowo ma zespół naukowców w swojej filii w Almaden w San Jose w Kalifornii, który zajmuje się wyłącznie ulepszaniem wydajności baterii. W 2009 r. IBM wydał 500.000 dolarów tylko na prace nad produktem nazwanym Baterry 500: próba wynalezienia baterii do napędu samochodów na dystans 500 mil, czyli tyle co z San Francisco do los Angeles na jednym ładowaniu, i nawet powinno nieco zostać na dojazd na plażę. 
Kluczem do sukcesu na ten czas wydaje się bateria nazywana w projektach litowo-powietrzną, IBM i partnerzy wierzą, że potrafią stworzyć pojemnik wypełniony powietrzem, który po wejściu w reakcję z litem miałby wytworzyć elektryczność. Jeśli mają słuszność w swoich próbach to może baterie mogłyby być lżejsze. Ale jest jeden haczyk w tym założeniu: przyjmuje się, że zastosowane będzie czyste powietrze, a to którym oddychamy na co dzień jest wypełnione zanieczyszczeniami i wodą. Winifred Wilcke z grupy naukowców IBM twierdzi, ze powietrze trzeba będzie oczyszczać, a to jednak może dodać wagi, rozmiaru i będzie bardzo złożonym procesem. 
Inni naukowcy, choćby ci z Massachusetts Insitute of Technology (MIT) and University of Texas biorą pod rozwagę także inne materiały jak silikon, siarkę czy sód. Wiele firm z dziedziny badań i rozwoju mówi wprost, że najpierw skupiają się na potrzebach samochodów w tym zakresie. Może więc minąć wiele lat zanim nastąpi przełom z technologii baterii dla urządzeń elektronicznych. Niektórzy naukowcy wprost twierdzą, że osiągnęliśmy już limit tego co można było wynaleźć, inni są bardziej optymistycznie nastwieni "nie można nie doceniać połączenia profesorów z dużą ilością pieniędzy" twierdzi Bill Watkins z Imergy Power Systems w Kalifornii.

Rozwiązania

Zobacz co mozemy zaoferować

Już wkrótce

Badania

Zapoznaj się z wynikami badań.

Czytaj więcej...

Informacje techniczne

Sprawdź parametry techniczne

Już wkrótce...

© 2012-2015 Future Energy sp. z o.o.
wpisana do Krajowego Rejestru Sądowego prowadzonego przez Sąd Rejonowy Poznań-Nowe Miasto i Wilda w Poznaniu, VIII Wydział Gospodarczy, pod numerem KRS 0000379210, z siedzibą w Poznaniu (61-131), ul. Katowicka 11 /U29. NIP: 7831662724, REGON: 301535188