IBM obiecuje rewolucje w dziedzinie baterii - czy to koniec "padania" komórek?

Niedługo prezentacja nowego modelu Samsugna Galaxy SIII. Przecieki mówią o dużym ekranie (4,6 cala), aparacie (12 mpx, chociaż cóż znaczą cyfry), oraz lepsza bateria (deklaracja wzrostu jej żywotności w stosunku do poprzednika o 20, 30 procent). Zaraz po nim oczekiwać możemy nowego iPhone'a (podobno fani firmy domagają się poprawy parametrów, i nie proszą o dziwo o większy wyświetlacz, ale o szybszy internet LTE). Już dzisiaj zamiast pieniędzy, kluczy i dokumentów nasze kieszenie wypełniają urządzenia mobilne - smartphone, odtwarzacz, słuchawki, w plecaku tablet, laptop, lub czytnik e-booków. Wszystko choruje na jeden niedostatek - tragiczna pojemność baterii.

Potrzeba matką wynalazku. Bariery, której nie mogli przeskoczyć dotychczas producenci elektroniki, pokonają prawdopodobnie inżynierowie zajmujący się produkcją elektrycznych samochodów. Telefony działające 12 godzin nie są niedogodnością bez której nie można żyć. Samochody, w których bateria rozładowuje się po 100 kilometrach i waży 200 - 300 kilogramów to już duży problem. Wszyscy jednak właśnie w elektrycznych rozwiązaniach motoryzacyjnych widzą przyszłość transportu, szczególnie w świetle wyczerpujących się zasobów naturalnych na Ziemi. Dlatego przemysł oraz sektor publiczny przekazują duże pieniądze, aby rozwiązać ten impas.

Nowa bateria, stworzona w laboratoriach IBM, może być odpowiedzią na te bolączki, światełkiem w tunelu stojącego w miejscu rozwoju tej gałęzi przemysłu. Z akumulatorów wielkości takiej jak stosowane dzisiaj, uzyskać można dziesięciokrotnie więcej energii. To pozwalałoby samochodom po jednym cyklu ładowania przejeżdżać do 800 kilometrów.

Baterie z których korzystamy na co dzień w urządzeniach przenośnych to w większości konstrukcje litowo-jonowe. W skrócie działają one tak: elektroda naładowana dodatnio (katoda), połączona jest do ujemnie naładowanej elektrody (anody), zrobionej z węgla. Ładowanie baterii to w praktyce to wypchniecie jonów litu od katody ku węglowej anodzie. Prąd powstający przy powrocie tych jonów ku katodzie jest tym, co napędza nasze małe, przenośne urządzenia.

Nowa bateria IBM będzie lżejsza, pojemniejsza i wytrzyma więcej cykli ładowania. Dotychczasowe rozwiązania do reakcji chemicznej w baterii używają tlenków metali lub fosforanów jako katody. Zamiast niej baterie nowego projektu korzystać będą z tlenu w powietrzu. Molekuły tlenu reagują w tym przypadku z jonami litu na powierzchni porowatej katody węglowej, tworząc nadtlenek litu. W trakcie ładowania baterii zachodzi odwrotna reakcja i molekuły tlenu wydalane są do atmosfery.

Technologia ma jeszcze kilka przeszkód do pokonania. Jednym z nich jest wytrzymała katoda, która nie rozpada się w trakcie reakcji, jak to dzieje się w tej chwili z tą częścią robioną z węgla. Przewiduje się, że technologia pojawi się w samochodach w przeciągu kilku lat. "Bezpiecznym założeniem dla komercjalizacji naszej technologii jest rok 2020", mówi Winfried Wilcke, szef prowadzonych badań.

Nad wydajną baterią do aut pracuje już od jakiegoś czasu firma Envia. Zaprezentować ma w najbliższym czasie baterie dwukrotnie bardziej pojemną od obecnie stosowanych w przemyśle elektronicznym, przy zachowaniu tych samych rozmiarów. Najpierw rozpocznie się produkcja modeli przystosowanych do pojazdów drogowych.

Rewolucja zastosowana w tym przypadku to nowy rodzaj anody, w której obok grafitu zastosowano również silikon, zwiększający skupienie jonów na niej, co pozwoliło na ogólny wzrost pojemności (w tym przypadku dwukrotny).

Pierwszy samochody na baterie powstawały już w XIX wieku. Od początku tego typu pojazdy były intensywnie rozwijane, bowiem mają niemalże same zalety - dużą sprawność, wysoką kulturę pracy, stały moment obrotowy, dobre przyspieszenie, korzystny stosunek wagi do mocy, prostą konstrukcja. Przy tym wszystkim mają jedną ogromną wadę - brak wydajnego sposobu magazynowania energii elektrycznej.