A A A

Akumulatory przyszłości

PC Format 9/2017
Akumulatory litowo-jonowe (Li-ion) przyczyniły się do mobilnej rewolucji. Niestety zwiększanie pojemności tych ogniw jest trudne, dlatego naukowcy pracują nad nowymi typami akumulatorów. Nie tylko dla elektroniki użytkowej, ale także z myślą o samochodach elektrycznych. BARTŁOMIEJ MROŻEWSKI


Akumulator Li-ion ma wiele zalet. Długo zachowuje pojemność, nie ma efektu pamięciowego, można nadać mu niemal dowolny kształt. Poza tym jest łatwy w produkcji i bezpieczny w użytkowaniu tak długo, jak jest szczelny i nie przegrzany.

Niestety w przeciwieństwie do układów scalonych nie podwaja swojej wydajności co ok. dwa lata tak jak procesory czy pamięć RAM. Po 10 latach rozwoju smartfony mają kilkukrotnie większą pamięć, moc obliczeniową i rozdzielczość ekranu, a pojemność akumulatora zwiększyła się w tym czasie nieznacznie. Pierwszy iPhone (2007) miał akumulator 1400 mAh. Aktualne modele, iPhone 7 i 7 Plus, mają baterie 1960 i 2900 mAh.

Wysokie ceny akumulatorów Li-ion ograniczają także rozwój odnawialnych źródeł energii. Jeśli chce się zasilać dom za pomocą ogniw słonecznych i wiatraka, niezbędny jest magazyn energii do wykorzystania w nocy albo gdy przestaje wiać. Tymczasem ze względu na cenę ogniw jeden domowy akumulator Tesla Powerwall kosztuje ponad 6000 dol. Kupując go, trzeba się też liczyć z faktem, że akumulatory Li-ion zużywają się z każdym cyklem ładowanie-rozładowanie (choć wolniej niż inne ogniwa).

Na badania przeznacza się ogromne środki, dzięki czemu na horyzoncie zaczynają pojawiać się rozwiązania, które sprawią, że smartfony, notebooki i samochody elektryczne będą ładowane szybciej i rzadziej. Wdrożenie nowych technologii produkcji akumulatorów potrwa lata, dlatego w pierwszej kolejności należy spodziewać się udoskonalania obecnej technologii Li-ion. Pokazuje to zresztą już rozpowszechniona technologia szybkiego ładowania.

Wysiłki producentów są skoncentrowane na obniżeniu kosztów produkcji ogniw. Według analityków z firmy konsultingowej McKinsey cena akumulatorów o pojemności 1 kWh, która w 2010 roku wynosiła ok. 1000 dol., spadła póki co do ok. 220 dol. Elon Musk, szef Tesli, twierdzi, że do 2030 roku koszty spadną do 100 dol za 1 kWh. Równocześnie o ok. 5 proc. rocznie zwiększa się pojemność ogniw. Szef Panasonica, największego producenta ogniw, uważa, że przy obecnej technologii można zwiększyć ich pojemność jeszcze o 20–30 proc.

Rozwiązania, Nad którymi pracuje się w laboratoriach

Krzemowe elektrody
Szansą na zwiększenie pojemności akumulatorów Li-ion jest wykonanie elektrody (anody) z krzemu (Si) zamiast z używanego dzisiaj grafitu (C). Przy takiej samej wadze anoda krzemowa pozwala przechowywać 10 razy więcej energii niż w przypadku elektrody grafitowej. Problemem jest zwiększająca się objętość krzemu, gdy wiąże on jony Li+ podczas ładowania. Grafitowa anoda zwiększa swoją objętość o 10 proc, podczas gdy krzemowa o ponad 300 proc. Naukowcy szukają sposobu ominięcia tej wady.

Ogniwa stałe
Innym kierunkiem w rozwoju akumulatorów jest dążenie do eliminacji półpłynnego, szybko parującego elektrolitu, który w razie uszkodzenia ogniwa może doprowadzić do przegrzania, zwarcia i zapłonu baterii. Obecnie opracowywane technologie zastępują ciecz plastikiem, który w razie uszkodzenia akumulatora nie powoduje wybuchu. Zespół prof. Johna Goodenougha, 94-letniego dziś twórcy technologii Li-ion, opisał eksperymentalną baterię, która wykorzystuje szklany elektrolit, który pozwala zwiększyć pojemność akumulatorów o 300 proc.

Płynny metal i Wirnik
Startup Ambri opracował technologię tworzenia akumulatorów z elektrodami z płynnych metali: magnezu i antymonu. Rolę elektrolitu pełni w nich woda morska. Te urządzenia wielkości kontenera na śmieci mają działać niezawodnie przez 15 lat. Firma Amber Kinetics tworzy baterię, wewnątrz której zamiast związków chemicznych jest koło zamachowe podwieszone w próżni na potężnym magnesie, by zminimalizować tarcie. Silnik elektryczny może rozpędzić je, gdy otrzymuje energię w ciągu dnia, by móc oddać ją wieczorem.


Tagi: sprzęt nauka
Ocena:
Oceń:
Komentarze (0)

Redakcja nie ponosi odpowiedzialności za treść komentarzy. Komentarze wyświetlane są od najnowszych.
Najnowsze aktualności


Indie zakazały aplikacji TikTok
21 kwietnia 2019
Indyjski rząd nakazał Apple oraz Google zbanować aplikację TikTok w swoich sklepach z aplikacjami. Powód? Wykorzystywanie jej przez dzieci i...


Artykuły z wydań

  • 2019
  • 2018
  • 2017
  • 2016
  • 2015
  • 2014
  • 2013
  • 2012
  • 2011
  • 2010
  • 2009
  • 2008
  • 2007
Zawartość aktualnego numeru

aktualny numer powiększ okładkę Wybrane artykuły z PC Format 3/2019
Przejdź do innych artykułów
płyta powiększ płytę
Załóż konto
Co daje konto w serwisie pcformat.pl?

Po założeniu konta otrzymujesz możliwość oceniania materiałów, uczestnictwa w życiu forum oraz komentowania artykułów i aktualności przy użyciu indywidualnego identyfikatora.

Załóż konto