Energia elektryczna jest jak życiodajny płyn, który napędza dzisiaj olbrzymią ilość urządzeń. Zaczynając od przedmiotów codziennego użytku jak lodówki, ekspresy do kawy, przez samochody elektryczne i kolejki, kończąc na naszych ulubionych elektronicznych gadżetach, takich jak smartfony, tablety, aparaty oraz inne zabaweczki. Energia elektryczna jest jednak czymś „magicznym”. Nie można jej zobaczyć, przechowywać w dowolnym miejscu, przez dłuższy czas, aby później ją zużyć. Jednym słowem nie jest jak ciasto wsadzone do zamrażarki, które odmrozimy gdy najdzie nas taka ochota. Oczywiście ludzie to zaradne stworzenia i znaleźli sposób i na tą „magiczną” siłę i wynaleźli baterie, które umożliwiają przechowywanie energii elektrycznej w trochę innej formie, którą można użyć później. Jednak stan techniki, wydaję się być czynnikiem mocno ograniczającym postęp techniki w wielu dziedzinach. Dlaczego tak jest?

Gdzie używamy baterii?

Baterie chemiczne służą do zasilania smartfonów, notebooków, tabletów oraz wielu innych urządzeń elektrycznych, jest to rzecz oczywista i chyba każdy o tym wie. Baterie zasilają również samochody elektryczne oraz inne maszyny, takie jak roboty. W centrum danych, posiadamy zasilanie awaryjne w postaci UPS’ów, które pozwalają nam na zachowanie ciągłości przepływu i dostawy energii do obiektu, ograniczając tym samym krótkoterminowe skoki mocy i braki prądu.

W przeciwieństwie do silników zasilanych benzyną, baterie są ciche i nie generują i nie emitują zbędnych gazów i odpadów. Tak długo, jak pozostają one umieszczone w sprzęcie, pozostają raczj bezpieczne, oraz nie wytwarzają nadmiernego ciepła ( oczywiście pomijam tu skrajne sytuacje, które oczywiście mają miejsce). Niestety, baterie chemiczne zmagają się z wymaganiami umieszczonymi na ich etykietach. Życie baterii jest niestety stosunkowo bardzo krótkie. Dlatego też, rynek samochodów elektrycznych przeżywa pewne rozterki, ponieważ obecna technologia baterii ogranicza te pojazdy i gwarantuje przejazd na nich około 250 mil -zakładając idealne warunki i każdorazowe pełne naładowania.

W centrum danych, system UPS może pokryć istniejące potrzeby zasilania, ale tylko przez krótki czas. Obojętne jakie będziemy posiadali generatory wysokoprężne, długie przerwy w dostawie prądu i tak w końcu spowodują zastój. Na większą skalę, energia elektryczna wytwarzana przez, na przykład, turbiny wiatrowe lub panele słoneczny jest utracona, jeżeli nie jest używany od razu. Przechowywania dużych ilości energii, jest ograniczone przez koszt i pojemność baterii. Innymi słowy, baterie nie są tanie i dość pojemne, aby sprostać dzisiejszym wymaganiom.

Czy posiadamy jakieś perspektywy na horyzoncie, które sprostają naszym wymaganiom dotyczącym przechowywania energii i „baterii przyszłości”?

Bateria doskonała

Jak powinna wyglądać bateria idealna? Oto kilka ważnych cech, które powinna posiadać:

  • Bezpieczeństwo: bateria musi być w stanie obsłużyć „delikatne” nadużycie, bez powodowania ciężkiego uszczerbku na życiu ludzi i sprzętu.

  • Pojemność: bateria musi być w stanie przechowywać wiele energii, oczywiście im więcej tym lepiej.

  • Rozmiar: idealna bateria będzie mała. Oczywiście, nie można mieć wszystkiego, ale wielkość baterii powinny być odpowiednia dla danego zastosowania. Bateria wielkości komputera stacjonarnego nie jest problematyczna dla samochodu, szczególnie jeśli stale włączona pozwoli nam na przejechanie jakiś 400 do 500 mil , na jednym ładowaniu.

  • Czas ładowania: realistycznie patrząc, każdy akumulator kiedyś się rozładuje. Nawet jeśli jej pojemność jest bardzo duża, wiele traci ze swojej wartości, jeśli okres ładowania trwa zbyt długo. Natychmiastowe doładowania jest niewykonalne, ale szybkie ładowanie (czy tankowania) ma krytyczne znaczenie zwłaszcza przy używaniu bateria.

  • Koszt: najlepsza technologia na świecie jest totalnie bez sensu, gdy jest tak droga, że nikt nie może sobie na nią pozwolić. Tak więc, bateria musi mieć odpowiednią cenę współmierną do jej stosowania. Samochód który kosztuje 20,000 dolarów,a po umieszczeniu kosztuje 50.000 dolarów… troszkę bez sensu.

  • Żywotność: idealna to oczywiście jak najdłuższa żywotność. Jest ona konieczne dla dobrej baterii.

  • Wpływ na środowisko: Wiele gałęzi przemysłu i społeczeństwa coraz bardziej koncentruje się na środowisku oraz skutków ich działań na nie. Dlatego produkcja, stosowanie i usuwanie / recykling baterii powinny mieć minimalny wpływ na środowisko i powinny być zrównoważone.

I teraz powstaje pytanie, czy jest jakakolwiek szansa powstania idealnej baterii, na której moglibyśmy przejechać setki mil? Baterii na której nasz laptop działałby przez tydzień bez ładowania? Czy powstanie zasilanie, które pozwoli nam na przetrwanie podczas długookresowych przerw w dostawie prądu?

Wesołe spojrzenie na (ewentualną) przyszłości

Jedno jest pewne, technika i technologia się rozwija. To co kiedyś wydawało się tylko fikcją, dzisiaj istnieje i jest wykorzystywane w codziennym życiu. Człowiek jest istotą kreatywną, która co jakiś czas stwarza coś niesamowitego, dlatego wszystko jest możliwe i pragniemy zaprezentować możliwe technologie, mniej lub bardziej realne, oraz ich wady i zalety.

  • Energia jądrowa : energia jądrowa jest rzeczywistością, ale potrzebna infrastruktura do jej wytworzenia jest potężna i niebezpieczna dla okolicy. Ponadto, paliwa, choć pełne energii, są niebezpieczne ze względu na ich radioaktywność. Ale może uda nam się w końcu kontrolować rozszczepienia w małej przestrzeni, dzięki czemu umożliwi nam to na wprowadzenie takiej technologi w mikroskali? Jest też kwestia tego, jak dokładnie połączyć wydajność energetyczną z napięciem.

  • Wodór: wodór jest już w użyciu. Apple Maiden, NC, centrum danych, opiera się w dużej części właśnie na tej technologii. Jednak trzeba pamiętać, ze wodór, chociaż nie jest radioaktywny jak paliwo jądrowe – jest łatwopalny i stwarza znaczne zagrożenie.

  • Antymateria: teraz skaczemy na poziom Star Treka i poziom Gwiezdnych technologii. Materia i antymateria mogą stworzyć ogromne ilości energii. Problemem jest jednak to, że antymateria musi oddziaływać z materią w sposób kontrolowany i tylko w odpowiednim czasie. Niestety, energia potrzebna do rozdzielenia antymaterii może uczynić to podejście autodestrukcyjne. Tak czy inaczej, takie rozwiązanie prawdopodobnie nie będzie działać w Twoim laptopie.

  • Inne chemiczne procesy: akumulatory litowo-jonowe są obecnie liderem technologii, ale może powstaną inne bardziej wydajne procesy chemiczne, które będą bardziej wydajne, trwałe i co najważniejsze bezpieczne.

  • Coś, czego jeszcze nie wymyślono: bateria są to w zasadzie dwie elektrody z różnymi potencjałami. W przypadku reakcji chemicznych wewnątrz baterii tworzy się napięcie. Teraz zadanie domowe dla Ciebie: określ jaki proces, jest bezpieczny, tani, pojemny, mały, trwały i przyjazny dla środowiska. Wielu naukowców pracuje nad tym problemem, więc Ty tez możesz, może jeszcze dostaniesz za to Nobla? Kto wie… .

Podsumowanie

Bateria jest bardzo ciekawym wynalazkiem, który ułatwia nam życie i pozwala na przechowywanie energii na później. Jednak nasz potrzeby wciąż rosną, a w tej dziedzinie niestety obserwujemy pewny zastój. Dlaczego tak jest? Czy naprawdę nie potrafimy stworzyć baterii bardzo pojemnej i zarazem stosunkowo taniej? Musimy pracować ciężej i dłużej, ale na pewno w końcu znajdziemy jakieś optymalne rewolucyjne rozwiązanie. Pytanie nie jest „ czy?”, a raczej jak zwykle „ kiedy?” . Czas pokaże.

 

Źródło: http://www.datacenterjournal.com/it/striving-ideal-battery-technology/