Bez baterii współczesna elektronika byłaby w zupełnie innym miejscu. To od ogniw zależy, jak daleko pojedzie nowy samochód elektryczny, czy ile razy naładujemy smartfon, zanim ten wyzionie ducha. Bateria, którą opracowali naukowcy z Australii, może być rewolucją przez duże „R”.
Ogniwa są wszędzie
Co prawda pokazywanie przykładów zastosowania baterii trochę mija się z celem, ale niech stracę. Jak wspomniałem na samym początku, współczesna technologia akumulatorami stoi. Znajdziecie ją w zegarku (nie tylko smartwatchu), smartfonie czy bezprzewodowym kontrolerze do konsoli. Bez dobrej baterii smartfon czy aparat cyfrowy nie przetrwa zbyt długo z dala od gniazdka, a największe nagromadzenie energii dostępne na wyciągnięcie ręki znajdziemy w ogniwach dedykowanych samochodom czy przydomowym magazynom energii.
Gdyby opisać akumulator wyłącznie pod kątem specyfikacji, skupilibyśmy się na trzech parametrach – liczba cykli, prędkości ładowania i pojemności. W tych pierwszych dwóch aspektach nowy pomysł australijskich naukowców daje bardzo obiecujące wyniki.
Naukowcy z baterią, która nie chce się zestarzeć
Zespół badaczy skupionych wokkół Flinders University w Australii wziął na tapet ogniwa cynkowo-jodowe, których historia sięga 1984 roku i znalazł nowy sposób na pozyskanie jednego z polimerów stanowiącego kluczowy element baterii. Okazuje się, że kluczem może być… skrobia, czyli swoisty „roślinny magazyn energii”.
Zawarte w skrobi cyklodekstryny można wykorzystać m.in. do utrwalania zapachów (np. kawy) lub ich pochłaniania. Ich możliwości nie ograniczają się jednak wyłącznie do przemysłu spożywczego, kosmetycznego czy farmaceutycznego. Okazuje się, że mogą one również służyć do przetrzymywania polijodków, czyli atomów posiadających ładunek elektryczny.
Jak zatem prezentują sie zalety ogniwa wykorzystującego cynkową anodę z jodową katodą, gdzie porowate materiały nieorganiczne mogą zostać zastąpione przez niedrogie, organiczne węglowodany?
Po pierwsze – bateria wodna nie jest w stanie ulec samozapłonowi w wyniku niekontrolowanego wzrostu temperatury.
Po drugie – jej stabilność przy zagęszczeniu rzędu 150 mAh/g wynosi aż 60000 cykli. Dla porównania – akumulator w Samsungu Galaxy Z Fold 8 zachowuje stabilność przez około 1200 cykli. Gdyby ładować urządzenie codziennie, zachowałoby parametry ogniwa przez lekko ponad trzy lata. W przypadku baterii cynkowo-jodowej tak duża liczba cykli przekłada się na 164 lata działania zanim rozpocznie się proces utraty pojemności!
Po trzecie, czas ładowania. Choć rekordziści na rynku smartfonów jakiś czas temu snuli przed nami wizję popularyzacji urządzeń, które ładują się do pełna w kilka minut z mocą przekraczającą 250 W, ostatecznie wiele współczesnych telefonów uzupełnia baterię „od zera do setki” w 30-60 minut, a nawet dłużej. Tymczasem rozładowana bateria cynkowo-jodowa wraca do pełni sił w ciągu trzech minut.
Technologia z haczykiem
Chyba nie znam osoby, która nie przyklasnęłaby z zachwytem na myśl o smartfonie, którego bateria byłaby w stanie przetrwać kilka pokoleń, a czas ładowania faktycznie byłby mierzony w minutach. Trzeba jednak zejść na ziemię i wskazać sektory, gdzie tego typu technologia sprawdziłaby się najlepiej.
Akumulatory cynkowo-jodowe na bazie roztworu wodnego stają się realną alternatywą dla akumulatorów litowo-jonowych w zakresie magazynowania energii na dużą skalę, a nasza grupa współpracuje obecnie z przedstawicielami branży nad stworzeniem platformy do tworzenia prototypów tego systemu akumulatorowego. Zhongfan Jia, jeden z naukowców z Flinders University pracujący nad nową generacją cynkowo-jodowych baterii
Pierwszą przeszkodą dla stosowania tego typu ogniw w smartfonach jest ich gęstość. Typowy akumulator węglowo-krzemowy może pomieścić ok. 372 mAh w jednym gramie, natomiast ww. ogniwa – od 150 do 205 mAh/g. Gdybyśmy chcieli zastosować baterie cynkowo-jodowe w telefonach, musielibyśmy zgodzić się na znacznie mniejszą pojemność lub większą masę sprzętu.
Druga, o wiele ważniejsza kwestia, to chemia, stojąca za procesem w ogniwach cynkowo-jodowych, która diametralnie różni się od tej w typowych akumulatorach litowo-jonowych czy węglowo-krzemowych. Ostatnia grupa pracuje na napięciu wynoszącym ok. 3,7 V, natomiast dla baterii wodnych jest to 1,3-1,4 V. Technologia sprawdziłaby się zatem perfekcyjnie do produkcji wymiennych akumulatorów do domowej elektroniki, zabawek czy zegarków (chociaż w tym przypadku kupujący nie dożyłby momentu, kiedy trzeba wymienić „paluszki” w pilocie 😉).
Nie warto jednak się załamywać. Kto wie, czy za kilka lat obie przeszkody nie zostaną usunięte, a baterie nowych smartfonów będą wytrzymywać dekady dzięki potędze węglowodanów.
