Po pierwsze trzeba odpowiedzieć na z pozoru banalne pytanie: dlaczego akurat prąd? Powodów jest wiele. Pierwszym z nich jest właśnie łatwość magazynowania. Wyobraźmy sobie równie skuteczne źródło energii będącej przykładowo efektem spalania. Zasilane benzynowym silnikiem telefon, pralka, komputer – to przecież niemożliwe!
Od razu na myśl nasuwa się kolejna zaleta prądu: jest czysty. Przebywając w okolicach działającego urządzenia akumulatorowego, nie musimy wdychać spalin czy przelewać benzyny. Nie ma również hałasu.
Niestety obecnie baterie są o wiele mniej wydajne niż węgiel czy olej napędowy, jeśli chodzi o ilość przechowywanej energii – naukowcy mają więc nad czym pracować. Najprawdopodobniej bowiem elektryczność będzie nam towarzyszyła na każdym kroku jeszcze przez długie dziesięciolecia. Pytanie tylko, jak skuteczniej ją magazynować.
Niezmienne podstawy
Za powstanie pierwszego ogniwa elektrycznego w roku 1799 odpowiedzialny jest Alessandro Volta. Akumulator wielokrotnego użytku wynalazł natomiast Gaston Plante – poprzednie wersje baterii po rozładowaniu stawały się bezużyteczne. Wynalazek Plantego był zbudowany z ołowiu i kwasu i w tej formie znamy go właściwie do dziś. Rok 1989 przyniósł prawdziwą rewolucję: akumulatory niklowe, które zasilały pierwsze bezprzewodowe narzędzia ręczne, a później także pierwsze samochody o napędzie hybrydowym. Problemem tego rodzaju baterii jest efekt pamięci i związana z nim nieco kłopotliwa higiena użytkowania – jeśli nie rozładowujemy akumulatora do końca przed ładowaniem, to jego pojemność pozornie się zmniejsza i występują „skokowe” spadki napięcia podczas używania. Innym rodzajem zbiornika energii, z którego korzystamy na co dzień, są akumulatory litowo-polimerowe, stosowane na przykład w laptopach czy telefonach. Ten rodzaj baterii jest jednak drogi w produkcji, dlatego stosuje się go raczej w sprzęcie wyższej klasy.
Co dalej?
Mimo rozwoju technologii gęstość energii w bateriach litowo-jonowych jest mniejsza niż choćby w drewnie opałowym. Obecnie największą gęstość energii ma sprężony wodór, a największa wydajność objętościowa cechuje olej napędowy.
Co jednak najważniejsze, zapotrzebowanie na energię elektryczną rośnie szybko. Już w roku 2015 rynek e-samochodów przegonił pod względem wartości rynki komputerów czy telefonów. Wprawdzie dziś nie rejestruje się dużego zapotrzebowania na prąd do zasilania samochodów na baterie, ale zgodnie z szacunkami organizacji Bloomberg New Energy Finance do roku 2025 świat będzie potrzebował rocznie około 100, a do 2040 już aż 1900 TWh (terawatogodzin)! Dla porównania rekordowe chwilowe zużycie energii w Polsce to ponad 26 000 MW – to oznacza, że roczne zapotrzebowanie akumulatorów samochodowych za parędziesiąt lat byłoby w stanie zasilać nasz kraj przez 10 lat.
Baterie o niewielkich gabarytach też zyskują coraz większą wartość na rynku. Od końca XX wieku bardzo dynamicznie rozwija się technologia baterii litowo-jonowych, obecnie stanowiących około połowy wszystkich małych akumulatorów wchodzących do obrotu. Ich konkurencja, baterie niklowo-wodorkowe i niklowo-kadmowe, w tym samym czasie straciła swój udział, stając się raczej środkiem zasilania zabawek i narzędzi ręcznych. Liczba baterii litowo-jonowych nieustannie rośnie wraz ze wzrostem liczby produkowanych telefonów i komputerów przenośnych – w latach 90. ubiegłego wieku sprzedano ich niespełna 0,1 miliarda sztuk, a w roku 2015 już ponad 4 miliardy.
Niestety technologia litowo-jonowa niemal osiągnęła granicę swych możliwości i tego rodzaju akumulatory – mimo wielu zalet – nie wystarczą nam na długo. Nie ulega więc wątpliwości, że albo stworzymy coś lepszego, albo przejdziemy na zupełnie inne źródło energii. Zobaczmy, jak może to wyglądać.
Sposób na płonącą baterię
Informacje o smartfonach stających w płomieniach nikogo już nie dziwią. Niestety, taka jest natura współczesnych baterii – zawierają łatwopalne ciecze i mogą wywołać pożar. Na ten problem postanowił zareagować naukowiec z Uniwersytetu Stanforda, Yi Cui. Stworzył on dodatek do akumulatora, dzięki któremu w razie zapłonu uwalniany jest czynnik gaśniczy: fosforan trifenylu umieszczony we włóknach ścianek oddzielających elektrody. Działanie jest bardzo szybkie i skuteczne (potrzeba około 0,4 sekundy na ugaszenie płomieni). Nasuwa się jednak pytanie – jak długo jeszcze będziemy korzystali z łatwopalnych baterii i czy technologia gaśnicza zdąży się porządnie rozwinąć?
