Įvairūs

Ateities baterijos: kas ir kada nukarūnuos ličio jonus?

Baterijos naudojamos dešimtyse ar net šimtuose skirtingų daiktų, supančių mus kasdien: nuo telefonų, ausinių ir laikrodžių, iki paspirtukų, dronų ir automobilių. Nors baterijų svarba kasdien vis labiau auga, jų technologijos taip sparčiai netobulėja – populiariausios šiandien tebėra prieš kelis dešimtmečius išrastos ličio jonų baterijos. Tačiau revoliucija jau netoli, sako „Telia“ telefonų kategorijos vadovė Rimantė Marcišauskienė.

„Ličio jonų baterijos ilgą laiką tenkino mūsų poreikius, tačiau artėja metas su jomis atsisveikinti, kadangi šios baterijos yra brangios, o jų galimybės ribotos. Naujomis baterijų technologijomis suinteresuotos ne tik technologijų, bet ir automobilių, atsinaujinančios energetikos bei kitos pramonės, į šią sritį liejančios milijardus dolerių. Vienintelis klausimas – kada įvyks didysis proveržis“, – sako R. Marcišauskienė.

Ji apžvelgia daugiausiai vilčių teikiančias inovacijas, apie kurias aktyviai kalbama pastaraisiais metais.

1. Anglies nanovamzdeliai. Bendrovė „NAWA Technologies“ teigia, kad jos sukurta ir užpatentuota technologija, naudojanti anglies nanovamzdelius, baterijų galią leidžia padidinti dešimteriopai, talpą – tris kartus, o tarnauja tokios baterijos penkis kartus ilgiau nei ličio jonų. Savo pagrindiniais klientais prancūzai įvardija elektromobilių gamintojus ir skaičiuoja, kad su jų baterijomis elektromobilis galėtų vienu įkrovimu įveikti 1 tūkst. km atstumą ir vos per 5 minutes bateriją būtų galima įkrauti iki 80 proc. Šį stebuklą pasauliui žadama pristatyti 2023 metais.

2. Ličio-sieros baterijų technologija jau kurį laiką įvardijama kaip realiausia kandidatė nukarūnuoti ličio jonų baterijas. Tokios baterijos būtų draugiškesnės aplinkai, gamyba – pigesnė, o talpa ir galia kelis kartus didesnė. Pavyzdžiui, tokio paties dydžio ličio-sieros baterija leistų vienu įkrovimu išmaniuoju telefonu naudotis penkias dienas. Problema ilgą laiką buvo ta, kad šių baterijų elektrodai per greit susidėvėdavo ir jos sugesdavo. Tačiau Monašo universiteto (Australija) tyrėjai šįmet paskelbė radę sprendimą: jie pakeitė elektrodo struktūrą, kad šis galėtų plėstis, o sierą stabilizavo šaukšteliu cukraus. Tiesa, šampano tyrėjai dar nešauna, nes norint pasiruošti masinei tokių baterijų gamybai dar teks įveikti nemažai iššūkių. Visgi jie turi vilties gamybą pradėti per penkerius metus.

3. Energija iš stiklo. Ne revoliucija, bet reikšmingas žingsnis į priekį: šiuo metu ličio jonų baterijose naudojamas grafitas keičiamas siliciu. Kalifornijos universiteto Riversaide (JAV) mokslininkai jau anksčiau atrado, kad silicio plėtimosi ir traukimosi problemą galima išspręsti naudojant gryną nanosilicį – tik kaip jį išgauti masiškai? Tyrėjai panaudojo stiklą: iki pudros susmulkino stiklinį butelį, iš jos išgavo reikiamos struktūros silicį ir padengė šias daleles anglimi, taip padidindami stabilumą ir energijos išlaikymo savybes. Šią technologiją rinkai jau pristatė startuolis „Silanano“. Pirmosios jo baterijos yra 20 proc. talpesnės, o netolimoje ateityje žadama pasiekti ir 40 proc. didesnį efektyvumą. Tačiau pagrindinis privalumas tas, kad šias baterijas galima gaminti esamose ličio jonų baterijų gamyklose.

4. Grafeno baterijos. Į šią technologiją dedama itin daug vilčių, mat grafenas – vieno anglies atomo storio nanomedžiaga – pasižymi visomis reikiamomis savybėmis: jis tvirtas, nesprogsta, o jo energijos tankis kelis kartus didesnis nei ličio. Tokias baterijas jau gamina Ispanijos kompanija „Grabat“, o „Samsung“ žada jau artimiausiais metais išleisti išmanųjį su grafeno baterija, kuri bus 45 proc. talpesnė ir ją įkrauti bus galima penkiskart greičiau nei esamas baterijas. Grafeno baterijomis taip pat domisi elektromobilių gamintojai, mat jas galima itin greit įkrauti ir jos saugesnės už esamas technologijas.

5. Baterija kaip konstrukcijos dalis. Iki šiol baterijos buvo atskiros įrenginių sudedamosios dalys. Tačiau Chalmerso technologijos universiteto (Švedija) mokslininkai siūlo naują požiūrį: o ką, jei baterija kartu būtų ir įrenginio korpusas? Lyginant su ličio jonų baterijomis, jų kuriamų anglies pluošto baterijų talpa yra keliskart mažesnė, tačiau jos yra tvirtos ir atsparios, taigi jas galima naudoti ir kaip paties įrenginio konstrukciją. Kitaip sakant, elektromobilyje, telefone ar kompiuteryje nereikėtų montuoti atskiros baterijos – šią funkciją galėtų atlikti korpusas. Tyrėjai jau turi struktūrinės baterijos prototipą, rinkai šią technologiją tikimasi pasiūlyti per kelerius artimiausius metus.

Tai anaiptol ne visos šiuo metu vystomos ar rinkai jau ruošiamos baterijų technologijos, jų galima priskaičiuoti dar bent kelias dešimtis. Be to, kai kurios tyrėjų komandos ir įmonės, kuriančios savo patobulintas baterijas, neskuba apie tai skelbti viešai, kol nėra pakankamai pasistūmėję. Taigi tik laiko klausimas, kada telefonų nebereikės krauti kasdien, o elektromobiliu be sustojimo galėsime nuvažiuoti tūkstantį kilometrų ar net dar daugiau.

Tiesa, ne viskam būtinos baterijos – kai kurie įrenginiai, naudojantys itin mažai energijos, galėtų veikti ir be baterijų, jei tik gautų nedidelį kiekį elektros energijos kitu būdu. Elektros perdavimo oru idėja sena kaip pati elektra, o radijo bangas į elektros energiją verčiančios rektenos (angl. rectifying antennas, rectennas) tobulinamos jau seniai, tačiau mokslininkams tik visai neseniai pavyko jas sumažinti iki mikroskopinio lygio, kad tokie įrenginiai būtų panaudojami praktiškai. Pavyzdžiui, gaudami elektros energiją iš ore sklandančių „Wi-Fi“ bangų, be baterijų galėtų veikti smulkūs daiktų interneto prietaisai – nuo sveikatos būklę stebinčių jutiklių iki vandens ar šilumos skaitiklių.

Pranešimą paskelbė: Rusnė Tamošaitytė, UAB „Fabula ir partneriai“