Ini adalah satu paradoks, tetapi di sebalik jalan luar biasa yang telah dilakukan elektronik selama 30 tahun terakhir, semua peranti mudah alih masih dilengkapi dengan bateri lithium-ion, yang memasuki pasar seawal tahun 1991, ketika pemutar CD biasa adalah puncak kejuruteraan dalam teknologi mudah alih.
Banyak sifat berguna sampel baru dalam elektronik dan alat diratakan oleh masa bekalan kuasa peranti ini yang sedikit dari bateri mudah alih. Sabun saintifik dan pencipta sudah lama maju, tetapi mereka dijaga oleh "jangkar" bateri.
Mari kita lihat teknologi apa yang dapat mengubah dunia elektronik pada masa akan datang.
Pertama, sedikit sejarah
Selalunya, bateri lithium-ion (Li-ion) digunakan dalam peranti mudah alih (komputer riba, telefon bimbit, PDA dan lain-lain). Ini disebabkan kelebihan mereka berbanding bateri nikel-logam hidrida (Ni-MH) dan nikel-kadmium (Ni-Cd) yang sebelumnya banyak digunakan.
Bateri Li-ion mempunyai parameter yang jauh lebih baik. Walau bagaimanapun, perlu diingat bahawa bateri Ni-Cd mempunyai satu kelebihan penting: kemampuan untuk menyediakan arus pelepasan tinggi. Properti ini tidak begitu penting ketika menghidupkan komputer riba atau telefon bimbit (di mana bahagian Li-ion mencecah 80% dan bahagiannya semakin banyak), tetapi terdapat beberapa peranti yang menggunakan arus tinggi, misalnya, semua jenis alat kuasa, alat pencukur elektrik, dll. P. Sehingga kini, peranti ini hampir menjadi domain bateri Ni-Cd. Namun, pada masa ini, terutama berkaitan dengan pembatasan penggunaan kadmium sesuai dengan arahan RoHS, penelitian mengenai penciptaan bateri bebas kadmium dengan arus pengosongan tinggi telah meningkat.
Video promosi:
Sel primer ("bateri") dengan anod litium muncul pada awal 70-an abad ke-20 dan cepat didapati kerana tenaga spesifiknya yang tinggi dan kelebihan lain. Oleh itu, hasrat lama untuk mencipta sumber arus kimia dengan agen pengurangan yang paling aktif, logam alkali, direalisasikan, yang memungkinkan untuk meningkatkan voltan operasi bateri dan tenaga spesifiknya secara dramatik. Sekiranya pengembangan sel primer dengan anoda litium dimahkotai dengan kejayaan yang agak pesat dan sel seperti itu tegas menggantikannya sebagai sumber tenaga untuk peralatan mudah alih, maka penciptaan bateri litium menghadapi masalah mendasar, yang memerlukan lebih dari 20 tahun untuk diatasi.
Setelah banyak ujian sepanjang tahun 1980-an, ternyata masalah bateri litium berpusing di sekitar elektrod litium. Lebih tepat lagi, di sekitar aktiviti litium: proses yang berlaku semasa operasi, pada akhirnya, menyebabkan reaksi ganas, yang disebut "pengudaraan dengan pelepasan api." Pada tahun 1991, sebilangan besar bateri lithium dipanggil semula ke kilang pembuatan, yang digunakan untuk pertama kalinya sebagai sumber kuasa untuk telefon bimbit. Sebabnya - semasa perbualan, semasa penggunaan semasa maksimum, api dipancarkan dari bateri, membakar wajah pengguna telefon bimbit.
Oleh kerana ketidakstabilan yang terdapat pada logam litium, terutamanya semasa pengecasan, penyelidikan telah beralih ke bidang pembuatan bateri tanpa penggunaan Li, tetapi menggunakan ionnya. Walaupun bateri lithium-ion memberikan ketumpatan tenaga yang sedikit lebih rendah daripada bateri lithium, bateri Li-ion selamat apabila dibekalkan dengan keadaan pengisian dan pelepasan yang betul. Namun, mereka tidak kebal terhadap letupan.
Ke arah ini juga, sementara semuanya berusaha untuk berkembang dan tidak berhenti. Sebagai contoh, saintis dari Universiti Teknologi Nanyang (Singapura) telah mengembangkan jenis bateri lithium-ion baru yang mempunyai prestasi memecahkan rekod. Pertama, ia dikenakan dalam 2 minit hingga 70% dari kapasiti maksimumnya. Kedua, bateri telah berfungsi hampir tanpa penurunan selama lebih dari 20 tahun.
Apa yang boleh kita harapkan selepas ini?
Natrium
Menurut banyak penyelidik, logam alkali inilah yang harus menggantikan litium yang mahal dan langka, yang juga aktif secara kimia dan berbahaya bagi kebakaran. Prinsip pengoperasian bateri natrium serupa dengan litium - mereka menggunakan ion logam untuk memindahkan cas.
Selama bertahun-tahun, para saintis dari pelbagai makmal dan institut bergelut dengan kekurangan teknologi natrium, seperti pengecasan perlahan dan arus rendah. Sebilangan daripada mereka berjaya menyelesaikan masalah tersebut. Sebagai contoh, sampel pra-pengeluaran bateri BroadBit mengecas dalam lima minit dan mempunyai kapasiti satu setengah hingga dua kali ganda. Setelah menerima beberapa anugerah di Eropah, seperti Hadiah Radar Inovasi, Anugerah Eureka Innovest dan sejumlah yang lain, syarikat itu beralih ke pensijilan, pembinaan kilang dan mendapatkan paten.
Grafena
Graphene adalah kisi kristal rata atom karbon setebal satu atom. Berkat luas permukaannya dalam jumlah yang padat, mampu menyimpan cas, graphene adalah penyelesaian yang ideal untuk membuat superkapasitor padat.
Sudah ada model eksperimen dengan kapasiti hingga 10,000 Farad! Supercapacitor sedemikian diciptakan oleh Sunvault Energy bekerjasama dengan Edison Power. Para pemaju mendakwa bahawa pada masa akan datang mereka akan mempersembahkan model, tenaganya yang cukup untuk menggerakkan seluruh rumah.
Kapasitor super seperti itu mempunyai banyak kelebihan: kemungkinan pengecasan hampir seketika, keramahan alam sekitar, keselamatan, kekompakan, dan juga biaya rendah. Berkat teknologi baru untuk menghasilkan graphene, serupa dengan mencetak pada pencetak 3D, Sunvault menjanjikan kos bateri hampir sepuluh kali lebih rendah daripada teknologi lithium-ion. Walau bagaimanapun, pengeluaran perindustrian masih jauh.
Sanvault juga mempunyai pesaing. Sekumpulan saintis dari University of Swinburn, Australia, juga menampilkan supercapacitor graphene, yang mempunyai kapasiti setanding dengan bateri lithium-ion. Ia boleh dicas dalam beberapa saat. Selain itu, ia fleksibel, yang memungkinkan untuk digunakan dalam peranti dari pelbagai faktor bentuk, dan bahkan dalam pakaian pintar.
Bateri atom
Bateri nuklear masih sangat mahal. Dalam masa terdekat, mereka tidak akan dapat menyaingi bateri lithium-ion yang sudah biasa, tetapi kita tidak dapat menyebutnya, kerana sumber yang terus menerus menjana tenaga selama 50 tahun jauh lebih menarik daripada bateri yang boleh dicas semula.
Prinsip operasi mereka, dalam arti, mirip dengan pengoperasian sel suria, hanya sebagai ganti matahari, sumber tenaga di dalamnya adalah isotop dengan radiasi beta, yang kemudian diserap oleh unsur semikonduktor.
Tidak seperti sinaran gamma, sinaran beta praktikalnya tidak berbahaya. Ini adalah aliran zarah bermuatan dan mudah dilindungi oleh lapisan tipis dari bahan khas. Ia juga diserap secara aktif oleh udara.
Hari ini, pengembangan bateri seperti itu dilakukan di banyak institusi. Di Rusia, NUST MISIS, MIPT dan NPO Luch mengumumkan kerja sama mereka ke arah ini. Sebelumnya, projek serupa dilancarkan oleh Universiti Politeknik Tomsk. Dalam kedua-dua projek tersebut, zat utamanya adalah nikel-63, yang diperoleh dengan penyinaran neutron dari isotop nikel-62 dalam reaktor nuklear dengan pemprosesan radiokimia dan pemisahan selanjutnya dalam sentrifugal gas. Prototaip pertama bateri akan siap pada tahun 2017.
Walau bagaimanapun, bekalan kuasa beta-volta ini adalah kuasa rendah dan sangat mahal. Sekiranya berlaku pembangunan Rusia, anggaran kos sumber kuasa kecil boleh mencapai 4.5 juta rubel.
Bekalan kuasa atom berdasarkan tritium NanoTritium dari City Labs.
Nickel-63 juga mempunyai pesaing. Sebagai contoh, University of Missouri telah lama bereksperimen dengan strontium-90, dan bateri beta-voltaik miniatur berdasarkan tritium boleh didapati secara komersial. Dengan harga seribu dolar, mereka mampu memberi tenaga kepada pelbagai alat pacu jantung, sensor, atau mengimbangi pelepasan bateri ion lithium sendiri.
Rantai kunci bercahaya dengan tritium.
Pakar tenang buat masa ini
Walaupun pendekatan untuk pengeluaran besar-besaran bateri natrium pertama dan kerja aktif bekalan elektrik graphene, pakar industri tidak meramalkan revolusi untuk beberapa tahun akan datang.
Syarikat Liteko, yang beroperasi di bawah sayap Rusnano dan menghasilkan bateri lithium-ion di Rusia, percaya bahawa belum ada alasan untuk pertumbuhan pasaran yang perlahan. “Permintaan bateri lithium-ion yang berterusan disebabkan oleh tenaga spesifiknya yang tinggi (disimpan per unit jisim atau isipadu). Menurut parameter ini, mereka tidak mempunyai pesaing di antara sumber tenaga kimia yang boleh dicas semula yang dihasilkan secara bersiri pada masa ini,”komen syarikat itu.
Namun, dalam kes kejayaan komersial bateri natrium BroadBit yang sama, pasaran dapat memformat semula dalam beberapa tahun. Kecuali pemilik dan pemegang saham ingin menjana banyak wang dari teknologi baru.
