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




Usprawnione Mapy Google'a
18 października 2019
Google ułatwia raportowanie utrudnień w ruchu drogowym oraz dodaje nową funkcję do aplikacji Mapy w wersji na urządzenia z systemem iOS.
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 6/2019
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