Skip to main content
European Commission logo
polski polski
CORDIS - Wyniki badań wspieranych przez UE
CORDIS
CORDIS Web 30th anniversary CORDIS Web 30th anniversary

Article Category

Article available in the following languages:

Ile energii może pomieścić akumulator?

Jeśli akumulator w smartfonie ledwo wytrzymuje jeden dzień, od razu rodzi się pytanie, dlaczego urządzenie wielkości dłoni nie jest w stanie pomieścić więcej energii. Nasza specjalistka Maria Rosa Palacín tłumaczy stojące za tym ograniczenia.

Energia icon Energia

„Nie ma na to jednej odpowiedzi, to zależy od wykorzystanych materiałów”, mówi Palacín. „Jednak akumulator nie jest w stanie pomieścić nieskończonej ilości energii – uniemożliwiają to pewne fizyczne ograniczenia”. Palacín twierdzi, że nie ma ustalonych standardów dotyczących sposobu szacowania teoretycznej maksymalnej pojemności akumulatora, która zależy od wielu różnych czynników. Najbardziej oczywiste ograniczenie związane jest z reakcjami chemicznymi zachodzącymi w akumulatorze. Akumulatory składają się zazwyczaj z dwóch różnych materiałów połączonych elektrolitem. Elektrony przepływają z jednego końca obwodu na drugi, a jony przemieszczają się przez elektrolit w przeciwnym kierunku, dzięki czemu proces się powtarza. W latach 90. ubiegłego wieku wiele urządzeń elektronicznych korzystało z dużych akumulatorów niklowo-kadmowych. Następnie toksyczny kadm zastąpiono stopami, w wyniku czego powstały akumulatory niklowo-metalowo-wodorkowe, które charakteryzowały się większą gęstością energii. Obecnie w smartfonach i innych urządzeniach przenośnych stosuje się zwykle akumulatory litowe mogące pomieścić jeszcze więcej energii przy tej samej objętości. Na pojemność akumulatorów wpływa także ich kształt, który zależny jest od zastosowania. A skoro o tym mowa, to dlaczego nie możemy stworzyć akumulatora, który wytrzyma tydzień? „Byłoby to możliwe w przypadku telefonów pierwszej generacji wyposażonych w niewielkie czarno-białe ekrany”, tłumaczy Palacín. Współczesne smartfony mają jednak pewne cechy, które utrudniają to zadanie, takie jak duże, energochłonne kolorowe ekrany, cienkie komory akumulatora i konieczność stałego połączenia z internetem. Dlatego pomimo większych rozmiarów i bardziej zaawansowanej technologii akumulatory w nowoczesnych telefonach znacznie szybciej się rozładowują. „Wydajność baterii litowo-jonowych jest coraz lepsza, ale urządzenia wykorzystują coraz więcej energii”, wyjaśnia Palacín.

Moc baterii w przyszłości

Prof. Palacín, która prowadzi badania w Instytucie Materiałoznawstwa w Barcelonie, pracuje obecnie nad akumulatorami nowej generacji opartymi na wapniu. „Baterie litowo-metalowe nie są bez wad. Jedną z nich jest tendencja do powstawania dendrytów, czyli małych wypukłości na elektrodzie ujemnej, w wyniku wielokrotnych cykli ładowania, co ostatecznie może doprowadzić do zwarcia i wybuchu akumulatora”. Z tego powodu w najbardziej popularnych akumulatorach litowych stosuje się elektrody grafitowe, co zmniejsza ich gęstość energetyczną. Zastąpienie litu wapniem mogłoby rozwiązać ten problem, a także zwiększyć gęstość energii, ponieważ umożliwia zastosowanie metalowych elektrod. Każdy jon wapnia transportowany w akumulatorze przenosi dwa elektrony, w przeciwieństwie do akumulatora litowo-jonowego. Co więcej, w akumulatorach wapiennych wykorzystuje się tańszy i szerzej dostępny metal niż lit. Czy jakiś materiał byłby w stanie zastąpić lit w bateriach do urządzeń przenośnych? Sód ma podobne właściwości chemiczne, co sprawia, że jego użycie pozwoli wykorzystać wiedzę specjalistyczną dotyczącą technologii litowo-jonowej, a ponadto jest powszechnie dostępny. „Jednak żaden metal nie dorównuje litowi”, dodaje Palacín. „A co z bateriami fluorowo-litowymi, w końcu fluor jest bardzo reaktywny? Możemy spekulować na temat wydajności energetycznej takiego akumulatora, ale fluor jest żrącym gazem, więc jak miałoby działać takie połączenie?” Zwiększenie liczby dżuli w każdym kilogramie baterii prawdopodobnie nie odbędzie się bez rewolucji technologicznej, a dokładniej przejścia na akumulatory półprzewodnikowe, w których nie wykorzystuje się ciekłego elektrolitu oraz można zastosować elektrody litowe. Nie jest to jednak tak proste, jakby się mogło wydawać, i do tej pory udało się to osiągnąć jedynie w prototypach. „Jak łatwo się domyślić, przemieszczanie jonów w ciele stałym nie jest tak łatwe jak w cieczy”, mówi Palacín. Niemniej jednak, baterie półprzewodnikowe oferują szereg korzyści, takich jak znacznie większa gęstość energii i znacznie mniejsze prawdopodobieństwo wybuchu. Dzięki nim będziemy mogli korzystać z naszego smartfona przez cały dzień. Kliknij tutaj, aby zapoznać się z badaniami Marii Rosy Palacín: Jak skonstruować lepszy akumulator?

Słowa kluczowe

Zapytaj, eksperta, UE, badania, akumulator, wapń, lit, jon, smartfon, energia

Powiązane artykuły