Dzięki temu człowiekowi nasze smartfony wreszcie będą działać dłużej? Przełom jest naprawdę blisko

Co kilka miesięcy piszemy o nowym, przełomowym akumulatorze, który bije na głowę wydajnością standardowe rozwiązania. W naszych smartfonach wciąż jednak znajdują się akumulatory litowo-jonowe. I wszystko wskazuje na to, że nie przesiądziemy się na inne rozwiązania. Nie musimy. Dzięki pewnemu upartemu wynalazcy z Tajwanu.

Yet-Ming Chiang jest wykładowcą Massachusetts Institute of Technology (MIT) oraz właścicielem firmy, która specjalizuje się w produkcji akumulatorów. Dzięki jego pracom, które trwają dobre pięć lat, wkrótce na rynku urządzeń przenośnych może nastąpić przełom. Słowo to padało już wiele razy, bo naukowcy bez przerwy ogłaszają nowe, lepsze źródła energii, znacznie bardziej wydajne od tradycyjnych litowo-jonowych. Tym razem przełom to naprawdę odpowiednie słowo.

Od innowacji do produkcji długa droga

Dlaczego? Co innego jednak opracować nowy akumulator w laboratorium, a co innego uruchomić jego produkcję. Produkcję na przemysłową skalę, zapewniającą z jednej strony niski jednostkowy koszt, z drugiej dający konkurencyjny produkt.

Jak wyjaśnia w swoim materiale magazyn Quartz produkcja akumulatorów wymaga sporych inwestycji, wielkiej powierzchni i mnóstwa pracowników. Chcąc uruchomić wydajną fabrykę akumulatorów potrzeba nie mniej niż 100 milionów dolarów.

Kto zaryzykuje taką kwotę, by uruchomić masową produkcję akumulatorów stworzonych w jakimś laboratorium? Kto wyłoży taką kwotę nie mając pewności, czy finalny produkt nie okaże się jednak zbyt drogi czy zbyt mało konkurencyjny? To właśnie takie ograniczenia sprawiają, że pomimo pojawiających się informacjach o przełomie w naszych smartfonach znajdujemy sprawdzone baterie litowo-jonowe. Technologia ich wytwarzania jest znana, popyt na nie olbrzymi. Azjatyccy producenci nie myślą więc o innowacjach, patrzą na rynek chłodnym okiem, chcą zdobyć kontrakt na produkcję jakiegoś flagowego produktu Samsunga czy Apple. Ciężar innowacyjnej produkcji mogliby wziąć na siebie Amerykanie, jak chociażby Tesla. Firma Elona Muska chce wybudować centrum produkcji akumulatorów za pięć miliardów dolarów. Być może w tym budżecie oprócz produkcji standardowych akumulatorów uda się też przetestować jakieś innowacje.

Przełom w produkcji akumulatorów litowo-jonowych może nastąpić dzięki produktom takim jak Powerwall Tesli. Jeśli Ameryka oszaleje na ich punkcie jednostkowy koszt produkcji spadnie, być może uda się w tych samych fabrykach produkować akumulatory do smartfonów. Pierwsza rewolucja Sony

Przypomnijmy jednak jak to było. Powszechność akumulatorów litowo-jonowych zawdzięczamy Sony. Japończycy jako pierwsi zaczęli używać tego typu baterii, skomercjalizowali innowacje poprzez wprowadzenie na rynek kamery TR1. Produkt okazał się hitem, można więc było znacząco zwiększyć produkcję. A kiedy branża zauważyła przewagę takiego rozwiązania upowszechnienie innowacji stało się tylko kwestią czasu.

Od 1991, kiedy akumulator litowo-jonowy pojawił się w produktach Sony, nikt nie odważył się na upowszechnienie czegoś kompletnie innego. Wszystko co pojawiło się później (na masową skalę) to raczej ulepszenia.

Innowacja pana Chianga

Może się jednak okazać, że kluczem do uzyskania przełomowo wydajnych i tanich akumulatorów jest innowacyjny proces produkcji. Na takie rozwiązanie postawiła firma stworzona przez Yet-Ming Chianga. Zamiast skupiać się na wymyśleniu czegoś od nowa postanowiono usprawnić, zoptymalizować, ulepszyć proces wytwarzania standardowych akumulatorów. Ching ma na tym polu konkretne osiągnięcia - powierzchnia jego fabryki jest czterokrotnie mniejsza od konkurencyjnych. Już tylko to przełoży się i na efektywność i na końcową cenę akumulatora.

Na czym jeszcze polega innowacyjność technologii opracowanej przez pana Chianga? Wytwarza akumulatory o zwiększonej pojemności bez znaczącego zwiększania ich rozmiarów. Tesla nie musi tak bardzo martwić się o rozmiar swojego akumulatora - w samochodzie da się zmieścić baterię przesuwając inne elementy. W telefonie, urządzeniu przenośnym, zbyt duży rozmiar akumulatora kompletnie go dyskwalifikuje.

W tradycyjnym akumulatorze 35% objętości zajmują części, które nie zapewniają wytwarzania energii. Coś musi oddzielać katodę i anodę, coś musi scalać elementy akumulatora w całość. Chiang zredukował ilość miejsca "zajmowanego" przez elementy konstrukcyjne akumulatora. Ogniwo tradycyjnego akumulator składa się z czternastu warstw. Chiang stworzył ogniwo składające się z pięciu. Akumulatory, które znamy, wymagają procesu suszenia. Akumulatory tajwańskiego wynalazcy tego procesu nie potrzebują. Wręcz przeciwnie - wykorzystują przełomowy, półpłynny elektrolit. W jego produktach zmniejszono też znacząco objętość spoiwa - zajmuje tylko 8% objętości. Tylko jeden z procesów technologicznych niezbędny do wyprodukowania tradycyjnego akumulatora zajmuje 22 godziny. Chiang zredukował ten czas do... jednej godziny.

Znacząco zmniejszył też grubość elektrod - są cztery razy cieńsze, mają grubość 500 mikronów.

Połączenie tych wszystkich innowacji sprawia, że tradycyjny akumulator litowo-jonowy może być produkowany znacznie szybciej, na mniejszej powierzchni, a przy zachowaniu tej samej wielkości może być znacznie pojemniejszy. Oczywiście chcielibyśmy, żeby oznaczało to wydajność dwu-trzykrotnie większą, ale uzyskanie nawet kilkudziesięciu procent więcej z tyle samo kosztującego akumulatora i tak uznać trzeba za gigantyczny sukces.

Fot. Tsung Chih-Hsien / yankodesign.com

 

Obniżony koszt oznacza rewolucję

Wszystko sprowadza się do tego, by koszt akumulatora był jak najniższy. Na tyle niski, by można konkurować z paliwami kopalnymi: benzyną i ropą. Jeśli oprócz obniżenia kosztu uda się też wprowadzić takie modyfikacje produkcji, by akumulatory o wyższej pojemności wymagały mniej drogich komponentów, rynek może czekać naprawdę spory przełom: akumulator i tani, i pojemny i wydajny.

Dobry akumulator podoba się władzom

W USA panuje dobry klimat do inwestycji w amerykańskie firmy zajmujące się wytwarzaniem akumulatorów. Elon Musk nie bez powodu planuje rozpoczęcie swoich inwestycji właśnie teraz. Ameryka być może ma ambicje stać się liderem innowacyjności w tej dziedzinie. Pamiętajmy też, że jednocześnie w Ameryce panuje trend ponownego produkowania komponentów "u siebie". Amerykanie zrozumieli, że pobudzą własną gospodarkę pobudzając własny rynek pracy, pozostawiając know-how w swoich rękach.

Produkcja wydajnych akumulatorów może w najbliższych dekadach okazać się strategiczna, nie mniej ważna niż kontrola nad ropą. Dlatego właśnie wkrótce możemy skorzystać na innowacyjnej technologii produkcji opracowanej przez pana Chianga.

[ za qz.com ]

Więcej o: