STEM

Baterie ładowane piorunem

Superwydajne procesory? Wyświetlacze w tysiącach pikseli i milionach kolorów? Owszem, ale najważniejsza z czysto praktycznego punktu widzenia jest bateria. Kiedy nie wytrzymuje jednego dnia, a na ładowanie potrzebuje kilku godzin, smartfon staje się bardziej smyczą niż ułatwieniem życia. Tak naprawdę więc przede wszystkim potrzebujemy akumulatorów, które szybko się ładują, gromadzą dużo energii i po wielu ładowaniach nadal będą sprawnie działały.

Na razie typowy akumulator litowo-jonowy (dla uproszczenia dalej nazywany baterią) stosowany w nowoczesnym smartfonie ma pojemność około 3000 mAh, do pełnego naładowania potrzebuje nie mniej niż 2-3 godzin i wytrzymuje w dobrej kondycji około 500 cykli ładowania. A przy tym wszystkim z dużym trudem daje radę zasilić przez jeden dzień intensywnie używany smartfon. Jak bardzo bywa to denerwujące, wszyscy dobrze wiemy.

Ale idzie lepsze, o czym świadczą kolejne doniesienia o wynalazkach zasadniczo skracających czas ładowania smartfona. Ekstremalny efekt osiągnęli w 2013 roku inżynierowie Nokii wspierani przez naukowców z University of Southampton, którzy zdołali naładować baterię piorunem. Dosłownie piorunem: użyli w tym celu wyładowania elektrycznego o napięciu 200 tys. woltów, które przepuścili przez dwa transformatory. Sami byli zdziwieni, że układom elektrycznym ładowanej bezprzewodowo Nokii Lumii 925 udało się jakoś wychwycić i ustabilizować sygnał, dzięki czemu bateria została w jednej chwili naładowana. To chyba najszybszy znany nauce sposób naładowania telefonu komórkowego.

No, ale wróćmy do rzeczywistości. Najkrótsze dostępne nam, zwykłym śmiertelnikom ładowanie baterii może potrwać około 30 sekund. Taki wynalazek opracowali inżynierowie z izraelskiej firmy StoreDot. To nie pierwszy lepszy start-up, tylko firma wywodząca się z Uniwersytetu w Tel Awiwie i mająca wśród inwestorów rosyjskiego miliardera Romana Abramowicza. To, co potrafi skonstruowana przez Izraelczyków bateria, zaprezentowane zostało podczas ubiegłorocznej konferencji Microsoftu Think Next w Tel Awiwie. W ciągu 26 sekund izraelskie urządzenie postawiło na nogi Samsunga Galaxy S4. Smartfon ten wyposażony jest w baterię o pojemności 2600 mAh (miliamperogodzin), a to oznacza, że naładowanie jej w ciągu niespełna pół minuty wymaga dostarczenia 100 mAh w każdej sekundzie. To poważne wyzwanie.

Spece ze StoreDot chwalą się, że stoi za tym innowacyjna technologia oparta na nowej generacji materiałach pochodzenia organicznego. Te operujące w skali nano biologiczne cegiełki noszą nazwę nanodots (czyli nanokropki) i są nanokryształami zbudowanymi z molekuł peptydowych, mającymi kształt stabilnych sfer o średnicy zaledwie 2 nanometrów. Organiczne materiały są tańsze w produkcji i bezpieczniejsze niż te wytwarzane z selenku kadmu.

Opartą na nanokropkach baterię można porównać do bardzo gęstej gąbki, która szybko chłonie energię i zachowuje ją bardziej efektywnie, niż miało to miejsce do tej pory. Ma ona wystarczyć aż na 1500 cykli ładowania w ciągu trzech lat. Znajdują się w niej dwie elektrody: jedna działa jak kondensator, a druga to zmodyfikowana elektroda litowa. To opatentowane przez StoreDot rozwiązanie nazwane zostało Multi Function Electrode (Elektroda Wielofunkcyjna). Ładowanie baterii polega tym, że poprzez ładowarkę dającą prąd o natężeniu 30 A ładowany jest kondensator, który później powoli przekazuje prąd do elektrody litowej. Ta ostatnia bardzo wolno absorbuje energię, dzięki czemu można wydłużyć trwałość baterii.

Prototyp szybko ładującej się baterii wymaga jeszcze dopracowania, bo jest zbyt toporny do mobilnego użytku – ma obecnie rozmiary niewielkiej cegły. StoreDot daje sobie na to dwa lata, dlatego gotowy produkt ma znaleźć się na rynku w 2017 roku. Firma planuje też stworzenie analogicznego sposobu ładowania samochodów elektrycznych, dzięki czemu spędzą one przy gniazdku elektrycznym kilka minut, a nie całą noc, jak obecnie.

Nad rozwiązaniami, które mają przyspieszyć ładowanie baterii pracuje także….młodzież. I to z sukcesami. Rok temu, wówczas 18-letnia Amerykanka Eesha Khare zaprezentowała podczas największych targów młodych naukowców Intel ISEF podzespół mogący mieścić się w akumulatorze tabletu czy smartfona.

421340_488431701235412_68089254_n

Jej pomysł to superkondensator łączący cechy tradycyjnego kondensatora i akumulatora, który potrafi akumulować energię i ją oddawać. Naładowanie baterii w smartfonie mogłoby zostać skrócone do 20-30 sekund. Wynalazek nastolatki nagrodzono wyróżnieniem i 50 tys. dolarów nagrody.

 

Profesor Chen Xiaodong z Uniwersytetu Technologicznego  Nanyang prezentuje szybko ładujące się baterie (fot. arch. Nanyang Technological University) Credit: Image courtesy of Nanyang Technological University
Profesor Chen Xiaodong z Uniwersytetu Technologicznego Nanyang prezentuje szybko ładujące się baterie (fot. arch. Nanyang Technological University)

Warto wspomnieć też, że w 2014 roku rozwiązanie pośrednie zaproponowali singapurscy naukowcy z Uniwersytetu Technologicznego Nanyang, którzy obiecują takie zmodyfikowanie baterii litowo-jonowej, by zechciała naładować się do pojemności 70 proc. w ciągu dwóch minut. Kluczem do tej innowacji jest elektroda wykonana z nanorurki z dwutlenku tytanu zamiast z grafitu. Zdaniem badaczy taka zmiana umożliwia znacznie szybszy przebieg reakcji chemicznych, a co za tym idzie – krótszy czas ładowania. Co więcej, zamiast 500 ładowań bateria ma przetrwać ich aż 10 tysięcy. To wyjątkowe połączenie, bo zwykle im szybciej ładuje się bateria, tym krótszy jest jej żywot. Jak ma to więc działać? Inżynierowie na razie nie zdradzają szczegółów. Pozostaje trzymać kciuki i czekać cierpliwie jeszcze dwa lata – bo i Singapurczycy zapowiedzieli premierę swojego wynalazku na 2017 rok.

Udostępnij ten artykuł

Podobne tematy

Innowacje techniczne

Przeczytaj w następnej kolejności