Pan bateria - człowiek, który da światu prąd

Smartfon, który na baterii działa nie dzień, lecz kilka. Płynna bateria, która pozwoli na dostarczanie energii elektrycznej miastu o powierzchni Nowego Jorku, na dodatek ładowana energią słoneczną lub wiatrową. Bujda? Skąd - takie rozwiązania już są i to tylko kwestia czasu, kiedy zostaną wprowadzone na rynek. Opracował je największy ekspert od baterii na świecie - Donald Sadoway.

Łatwo jest narzekać na szybko wyczerpujące się baterie w urządzeniach. Dużo trudniej ruszyć głową i opracować całkowicie nowy sposób przechowywania energii. Rozwiązaniem miały być odnawialne źródła energii. Ale wiatr wieje według własnego widzimisię, a energię słoneczną można zbierać tylko w ciągu dnia. Odnawialne źródła energii dają szansę na uniezależnienie się od ropy, ale najzwyczajniej w świecie nie można liczyć na ich "stałe dostawy". Z tym problemem zmierzyć się chce Donald Sadoway. Wykładowca chemii na Massachusetts Institute of Technology (MIT), którego prestiżowy magazyn Time ogłosił jedną ze 100 najbardziej wpływowych osób 2012. Sadoway od lat pracuje w MIT nad bateriami, jakich jeszcze nie widzieliście.

Jak działają baterie?

 

Schemat działania bateriiFot. Gazeta.pl

 

Zanim przejdziemy do zaawansowanej chemii prosto z MIT zastanówmy się przez chwilę nad prostym (z pozoru) pytaniem - jak działają baterie? Oczywiście - baterii mamy całe mnóstwo, od litowo-jonowych (np. w telefonach czy laptopach) przez akumulatory samochodowe po rozbudowane systemy awaryjne zasilające centra danych. Wszystkie one działają jednak na tej samej zasadzie.

Każda bateria, czy to akumulatorowa (te można rozładowywać i ładować) czy jednorazowego użytku to ogniwo galwaniczne. W największym i bardzo bolesnym uproszczeniu: dwa bieguny - dodatni i ujemny, czyli anodę (-) i katodę (+). Między nimi znajduje się elektrolit. Katoda i anoda podłączone są do obwodu elektrycznego. Reakcje chemiczne zachodzące w baterii sprawiają, że na anodzie gromadzą się elektrony. Nie jest to jednak stan równowagi, a elektrony nie mogą dostać się a anody do katody ze względu na rozdzielający je elektrolit. Jedynym sposobem jest "okrężna droga", czyli skorzystanie z zamkniętego układu. Jeśli w układzie znajduje się np. żarówka (tak jak na obrazku powyżej), to zaczyna ona świecić.

Zależnie od użytych substancji i konstrukcji ogniwa można je ładować (akumulatory) lub po wyczerpaniu tylko wyrzucić. Prace Sadoway'a skupiają się na bateriach akumulatorowych - dla uproszczenie nazywać je tu będziemy bateriami.

To oczywiście bardzo pobieżne wytłumaczenie. Niezbędne jednak do zrozumienia tego, nad czym pracuje Donald Sadoway.

Sadoway o bateriach wie wszystko

 

SlimCellFot. MIT

 

W końcu poświęcił im całą swoją naukową karierę. Wynalazł też coś, co byłoby zbawieniem dla nas wszystkich i pozwoliłoby przestać z rozrzewnieniem wspominać stare Nokie i ładowanie telefonu raz na tydzień: SlimCell (na zdjęciu powyżej). Współczesna bateria litowo-jonowa - stosowana na przykład w komórkach czy laptopach- ma pojemność 125 watogodzin na kilogram (Wh/kg). SlimCell miałby mieścić co najmniej dwa razy tyle:

Z baterią 125 Wh/kg możesz przejechać 125 mil na jednym ładowaniu, to za mało - jeszcze w 2005 roku mówił Sadoway w rozmowie z The Guardian - (...) potrzebujesz baterii 250 Wh/kg. W moim laboratorium nawet teraz mam baterie o pojemności 300 Wh/kg, a prawdopodobnie przekroczymy granicę 400 Wh/kg.

W jaki sposób osiągnięto taki wynik? SlimCell składa się z litu i specjalnego elektrolitu. To właśnie przez minimalne użycie elektrolitu Sadoway osiąga świetne wyniki baterii.

SlimCell to wynalazek z 2005 roku, miał być wykorzystywany do telefonów komórkowych czy sprzętu medycznego. Wciąż jednak - niestety!- nie trafił na rynek. Powód? Opór rynku i producentów tradycyjnych baterii. Na supercienkie i superwytrzymałe baterie do naszych podręcznych urządzeń trzeba będzie jeszcze poczekać.

Sadoway nie poprzestał jednak na małych i niewinnych rozwiązaniach. Teraz chce dostarczać energii na większą skalę - miasta mają korzystać z jego płynnej baterii.

Płynna bateria? Jak to?

 

Professor Donald Sadoway and graduate student David Bradwell observe one of their small test batteries in the lab. The battery itself is inside the heavily insulated metal cylinder at center, which heats it to 700 degrees Celsius, while the wires at top charge up the battery and measure its performance.Fot. Patrick Gillooly // MIT

 

Płynna bateria, tak jak tradycyjna, składa się z trzech warstw: z dwóch różnych stopów metali (anody i katody), rozdzielonych warstwą soli (elektrolit). Jak czytamy na stronie MIT,

Energia przechowywana jest w płynnych metalach, które chcą wejść ze sobą w reakcję, ale ta dokonać się może wyłącznie przez transfer jonów przez elektrolit. Właśnie to powoduje przepływ prądu przez baterię". Wszystkie elementy konstrukcji muszą być utrzymywane w wysokiej temperaturze (700 st. C), ponieważ kluczem jest płynna konsystencja składników baterii.

Najlepiej zresztą tłumaczy swój wynalazek sam Sadoway:

Rozwiązanie jest bardzo eleganckie, a przede wszystkim - ma być niedrogie w produkcji. Sadoway przewiduje, że jeden ogromny konglomerat takich baterii mógłby całkowicie ekologicznie dostarczać energii elektrycznej miastu o powierzchni Nowego Jorku (którego zapotrzebowanie wynosi 13 000 megawatów). Taka megabateria sama zajmowałaby powierzchnię 60 tysięcy metrów kwadratowych (czyli sporo, ale prawie 3 razy mniej niż nasz Stadion Narodowy). Zasilana byłaby energią z ogromnej farmy słonecznej. Brzmi futurystycznie? Możliwe. Ale Sadoway i jego współpracownicy mają nadzieję, że komercyjna wersja ich rozwiązania będzie dostępna już w 2014 roku. O ile, oczywiście, nie podzieli losów przełomowej baterii SlimCell.

-------------------

PS. Sadoway ma też najwyraźniej poczucie humoru. Można go zobaczyć nie tylko na poważnych konferencjach, lecz również w stworzonej przez studentów MIT parodii internetowego hitu Gangnam Style. Podpowiedź dla niecierpliwych: 4:35.

Więcej o:
Komentarze (116)
Pan bateria - człowiek, który da światu prąd
Zaloguj się
  • Gość: gawka

    Oceniono 70 razy 60

    Gdyby ten wynalazek zadziałał, to należy się potrójny Nobel!
    Sami pomyślcie w jakich dziedzinach.

  • mg_40

    Oceniono 39 razy 25

    Prawdziwy przełom to będzie masowe zastosowanie nowych materiałów opartych na węglu np. grafenu. Natura oparła cały swój rozwój na węglu. Właściwie to nie wiemy jak może się to rozwinąć. Może nawet stal i krzem zostaną wyparte przez materiały oparte na węglu

  • cinek1024

    Oceniono 33 razy 17

    > Łatwo jest narzekać na szybko wyczerpujące się baterie w urządzeniach. Dużo trudniej ruszyć głową i opracować całkowicie nowy sposób przechowywania energii.

    Bardzo dobre spostrzeżenie. Mogłoby ono również brzmieć tak: "Łatwo jest fantazjować o super pojemnych bateriach przyszłości. Dużo trudniej ruszyć głową i opracować całkowicie nowy sposób przechowywania energii." Mimo pewnej oczywistości tych stwierdzeń, zapewne za jakiś czas, gdy takie baterie już powstaną, będzie można usłyszeć opinie typu: nauka wreszcie dogoniła pomysł Stevena Spielberga (film "A.I. Sztuczna inteligencja"; tam miś-zabawka chodzi i chodzi bez żadnego ładowania) albo jakiegoś innego wizjonera (niestety nie znam się na s-f). Ostatnio widziałem film (na Discovery Channel, jeśli dobrze pamiętam), w którym padały stwierdzenia, że nauka dogania (!) pomysły Verne'a. Po obejrzeniu takiego filmu można sądzić, że naukowcy - prawdopodobnie jako ci mniej zdolni, wolniej myślący, mniej otwarci na nowe pomysły - ciągną się gdzieś w ogonie peletonu prowadzonego przez wizjonerskich pisarzy i futurologów. Niestety można tak sądzić, a to przecież bzdura.

  • Gość: abcd

    Oceniono 92 razy 36

    wszystko zostalo juz wymyslone; jest jedynie umiejetnie dawkowane spolecznosci.
    w przeciwnym przypadku nie przyniosloby zyskow jakie generuje "powolny postep"

  • asteroida2

    Oceniono 27 razy 19

    Całkiem niezły artykuł, ale oczywiście nie obyło się bez narzekania na "opór tradycyjnych producentów baterii". Tak jakby tradycyjni producenci mogli czegokolwiek komukolwiek zabronić.
    Opór jest tylko jeden: cena. W dzisiejszym świecie nie wystarczy sam wynalazek. Potrzebny jest jeszcze tani sposób produkcji. Ogniwa słoneczne są znane od kilkudziesięciu lat, a teraz dopiero zaczynają być konkurencyjne dla innych źródeł energii. Teraz popyt na bardzo pojemne baterie jest olbrzymi, więc w te badania idą grube miliony. I stopniowo baterie będą się stawały coraz lepsze. Ale nie będzie tu jednej "rewolucji", tylko wiele drobnych usprawnień. Bo inne baterie są potrzebne to samochodów (przede wszystkim lekkie) inne do elektrowni słonecznych (przede wszystkim tanie), a jeszcze inne do smartfonów (przede wszystkim małe).

  • Gość: Tirinti

    Oceniono 21 razy 19

    Pytanie jak jest z trwałością i bezpieczeństwem technologii sLimcell.
    Baterie litowe przy nadmiernej koncentracji ładunku mają tendencję do samozapłonu.

  • jimmyjazz

    Oceniono 61 razy 15

    "SlimCell to wynalazek z 2005 roku, miał być wykorzystywany do telefonów komórkowych czy sprzętu medycznego. Wciąż jednak - niestety!- nie trafił na rynek. Powód? Opór rynku i producentów tradycyjnych baterii."

    Co za świnia z tego rynku że się tak opiera. Nakazać mu dekretem UE i po sprawie - będzie postęp jak z żarówkami.
    Dabilne lewicowe myślenie studentów z agory wychodzi nawet przy wydawałoby się prostej sprawie.

    Nie ma ich w telefonach bo są za drogie w produkcji. Nikt nie będzie płacił kupy kasy za baterię byle jej nie ładować tak często. Stanieja i wstrętny rynek nie będzie stawiał więcej oporu.

  • desert.springtime

    Oceniono 21 razy 11

    I najważniejsze w tej informacji jest to że komórki będą dłużej chodzić? Pierwsze słowo tego artykułu to smatrfon, no bez jaj.

Aby ocenić zaloguj się lub zarejestrujX