Nie sposób ukryć, że bateria to jeden z najmniej postępowych elementów współczesnych elektronicznych gadżetów. Od lat nie dokonała się bowiem żadna większa rewolucja w tym temacie. Producenci sprzętów postanowili montować coraz większe ogniwa, optymalizować zużycie energii i ewentualnie zapewniać użytkownikom superszybkie ładowanie. Wkrótce może jednak nastąpić pewna poprawa – japoński instytut opracowuje nową technologię baterii pozwalającą zwiększyć jej żywotność.
Czas pracy na baterii to spory problem
Każdy się ze mną zgodzi, że tak dopracowane współczesne sprzęty zasługują na to, aby działać zdecydowanie dłużej na jednym ładowaniu. Wiem, że dla wielu z nas rutyną stało się codzienne ładowanie swoich elektronicznych gadżetów – nie zmienia to jednak tego, że ich czas pracy powinien być znacząco dłuższy.
Na przestrzeni lat producenci stosowali różne sztuczki, jednak zabrakło prawdziwego przełomu. Sytuację nieco poprawiły technologie superszybkiego ładowania, ale po pierwsze nie jest to rozwiązanie problemu, a po drugie niesie za sobą dodatkowe komplikacje.
Bateria we współczesnym wydaniu boryka się ze znaczącym spadkiem żywotności – innymi słowy traci w czasie eksploatacji swoją początkową pojemność. Szacuje się, że – w zależności od sposobu użytkowania – baterie smartfonów mogą stracić nawet do 20% pierwotnej pojemości w ciągu pierwszego roku. To sporo, a sytuacji nie poprawia ładowanie z dużą mocą – im szybsze ładowanie, tym więcej wydzielanego ciepła, które sprzyja degradacji ogniwa.
Wiedząc to wszystko, zostaliśmy w pewien sposób „wytresowani”. Ładujemy smartfony wolniejszymi ładowarkami, unikamy rozładowywania „do zera”, ustawiamy w systemie ograniczenia poziomu naładowania – to wszystko, aby zadbać o kondycję akumulatora.
Nowe materiały mogą poprawić sytuację
Jest jednak światełko w tunelu. Japoński Zaawansowany Instytut Nauki i Technologii (JAIST) pracuje nad nową technologią wytwarzania baterii. Dokładniej mówiąc – badacze opracowali rewolucyjny materiał, który w znacznym stopniu redukuje degradację ogniwa.
Oszacowali oni, że dzięki ich technologii bateria zachowa aż 95% pierwotnej pojemności nawet po pięciu latach intensywnej eksploatacji. W ten oto sposób nasze codzienne gadżety nie będą tak bardzo narażone na zauważalnie skracający się czas pracy na przestrzeni lat.
Naukowcy z JAIST skupili swoją uwagę na materiale wiążącym. Ujemne bieguny używanych aktualnie akumulatorów wykorzystują anody grafitowe, ale wymagają materiału wiążącego, którym jest obecnie polifluorek poliwinylidenu (PVDF). To właśnie ten materiał zdaje się być – nomen omen – najsłabszym ogniwem.
Jednym z głównych wyzwań dla anod grafitowych jest złuszczanie się szkieletu grafitowego podczas długich cykli przy dużym natężeniu prądu. Prowadzi to do stopniowego zaniku pojemności. PVDF jako obecnie szeroko stosowane spoiwo nie sprawdza się najlepiej – niestety, jego nieprzewodzący charakter, powolne rozpuszczanie się w elektrolicie i słaba przyczepność do kolektora prądu ograniczają jego użyteczność jako solidnego spoiwa dla akumulatorów litowo-jonowych o długim cyklu życia.
Japończycy przeprowadzili szereg badań, z których wynika, że po 500 cyklach ładowania obecne baterie mają tylko około 65-70% swojej pierwotnej pojemności. Każdy z nas z pewnością tego doświadczył – roczny czy dwuletni sprzęt nie działa tak długo na jednym ładowaniu, jak wtedy, kiedy był nowy.
Kilkuosobowy zespół badawczy postanowił zmienić materiał wiążący i sprawdzić efekty. W miejsce PVDF podano sprzężony kopolimer bis-imino-acenaftenochinonu-parafenylenu (BP) jako alternatywny materiał wiążący dla anody grafitowej. Badania wykazały, że anodowe półogniwa oparte na spoiwie BP przewyższały ich odpowiedniki na bazie PVDF.
Nowy materiał wykazał doskonałą wydajność – po 1735 długich cyklach nowa bateria zachowała 95% swojej oryginalnej pojemności. Doskonałe działanie spoiwa BP przypisano jego zdolności do zapewniania większej odporności mechanicznej laminatu elektrody i utrzymywania przewodnictwa elektronicznego w elektrodzie.
To nadal nie rozwiązanie problemu, ale za to spore ułatwienie
Zaproponowana przez Japończyków technologia nie rozwiązuje podstawowego problemu – stosunkowo krótkiego czasu pracy na baterii. Nie da się jednak ukryć, że ich odkrycie niesie za sobą sporo ułatwień.
Przedłużone i szybsze ładowania akumulatorów nie powinny być już tak straszne – nowy materiał jest bardziej odporny na brutalniejsze i długotrwałe obchodzenie się z baterią. Wygląda na to, że o ile z ładowarką nadal będziemy nierozłączni, o tyle przestaniemy narzekać degradację ogniwa po dłuższym czasie.
Niewykluczone, że to odkrycie będzie odgrywało również znaczącą rolę na rynku motoryzacyjnym. Coraz popularniejsze elektryki zaczynają powoli zapewniać bardziej rozsądne zasięgi. Dla wielu jedyną obawą przed ich zakupem pozostaje trwałość akumulatorów. Nowe rozwiązanie być może przyczyni się do zmiany poglądu na ich temat.
Niestety, nie wiadomo kiedy i czy opisana technologia znajdzie swoje zastosowanie na rynku konsumenckim. Nie ukrywam, że wolałbym rewolucję w temacie baterii, ale póki co nic jej nie zapowiada – w związku z tym zadowolę się bateriami o zwiększonej żywotności.
