Znajdź zawartość

Poszukiwanie nowych technologii wytwarzania akumulatorów to obecnie jeden z najbardziej aktywnych obszarów badań i inżynierii. Oczekiwanie na lepsze baterie ze strony użytkowników elektroniki, w tym także wojska, czyni z niego wyjątkowo intratny biznes - w przypadku sukcesu. Na horyzoncie rysuje się przełom zarówno jeśli chodzi o pojemność i sprawność baterii, ekologiczny sposób wytwarzania, jak i poręczność. Najnowsze osiągnięcia w tej dziedzinie zaprezentowano na 240., corocznym spotkaniu American Chemical Society (Amerykańskiego Towarzystwa Chemicznego, ACS). Możliwe, że już niedługo doskonałe baterie, wszywane w odzież, stworzą nam nieszkodliwe dla nas wirusy. Doktor Mark Allen, naukowiec Massachusetts Institute of Technology (MIT) zaprezentował nowy sposób wytwarzanie elektrod dla baterii litowo-jonowych, jakie najczęściej spotykamy w telefonach komórkowych, laptopach i generalnie urządzeniach przenośnych. Nowy rodzaj elektrod z fluorku żelaza będzie wytwarzany z pomocą wirusa, bakteriofaga M13. Wirus posłuży jako bioszablon, pozwalając na wytwarzanie elektrod w sposób ekologiczny, tani i bezpieczny - nowa metoda zredukuje niebezpieczeństwo związane z łatwopalnością baterii litowo-jonowych, która sprawiała już producentom wiele kłopotów. Wirus jest nieszkodliwy dla ludzi - jako bakteriofag żywi się bakteriami. To jest, zdaniem twórców, wielki krok w dziedzinie biochemii. Inną rewelacją związaną z nowym typem baterii jest to, że będą mogły być tkane - wszywane w ubrania. O takim rozwiązaniu mówi się od dawna, szczególnie chętnie na nową technologię patrzy wojsko. Współczesny żołnierz objuczony jest elektroniką: łączność radiowa, GPS, elektroniczne celowniki, noktowizory, komputery taktyczne. To wszystko wymaga zasilania i noszenia ciężkich akumulatorów. Bateria wszyta w tkaninę munduru, czy materiał kamizelki kuloodpornej ujmie przynajmniej część ciężaru i zwiększy mobilność oddziałów piechoty. „Ubieralne" baterie na pewno chętnie przywitają również osoby cywilne, zwłaszcza często podróżujące z dużą ilością sprzętu elektronicznego: biznesmeni, dziennikarze, czy wreszcie turyści. Nowe baterie mają być ponadto bardziej pojemne i sprawne.

Baterie litowo-jonowe (Li-Ion) to w tej chwili najwydajniejszy z masowo wykorzystywanych typów akumulatorów. Przy tej samej wadze i rozmiarze pozwalają na zmagazynowanie dwukrotnie większej ilości energii niż używane wcześniej akumulatory niklowo-metalowodorkowe. Nic dziwnego, że są tak powszechne: telefony komórkowe, laptopy, wszystkie akumulatory wbudowane w sprzęt elektroniczny - to właśnie baterie litowe. Ale poza zaletami, mają one niestety wiele wad. Wielokrotnie było głośno o zapalających się i wybuchających bateriach w telefonach i laptopach. Zdjęcia i filmy z palącymi się komputerami obiegały świat, były nawet doniesienia - choć nie do końca potwierdzone - o przypadkach śmierci spowodowanych eksplozją komórki. Akcje wymiany wadliwych akumulatorów kosztowały krocie największe firmy elektroniczne świata. A wszystko to przez drobniutkie włókna litu - który jest materiałem łatwopalnym. Osadzają się one na węglowej anodzie akumulatora, kiedy ten jest ładowany, albo rozładowywany zbyt szybko i powodują zwarcia - a w rezultacie przegrzewanie się i zapalenie baterii. Dlatego każdy akumulator litowy wyposażony jest w elektroniczny układ kontrolujący temperaturę i tempo ładowania. Niestety - taki układ również może się zepsuć, nie mówiąc już o tym, że pozostawienie urządzenia z takim akumulatorem w zbyt wysokiej temperaturze - choćby w samochodzie stojącym na słońcu - może być niebezpieczne. Eliminacja osadzania się litu na węglowej anodzie zlikwidowałaby większość problemów. Niestety, modele teoretyczne, które miały opisywać sposób gromadzenia się włókienek, nie przydały się na wiele, podobnie badania przy użyciu mikroskopów optycznych i skaningowych mikroskopów elektronowych. Dokładny przebieg procesów chemicznych wewnątrz litowo-jonowych baterii pozostawał tajemnicą aż do teraz. Postęp osiągnęli naukowcy z Cambridge, który opracowali prosty, ale skuteczny sposób na zajrzenie pod podszewkę akumulatora. Wykorzystali do tego spektroskopię przy użyciu jądrowego rezonansu magnetycznego (NMR) - badania wykorzystującego efekt absorpcji fal elektromagnetycznych o częstotliwości radiowej przez jądra atomowe znajdujące się w polu magnetycznym. Spektroskopia NMR pozwoliła uczonym obserwować na żywo przebieg reakcji chemicznych w niewielkim akumulatorze li-ion. Dokładne zrozumienie przebiegu osadzania się litowych włókien pozwoli - na co liczą naukowcy - opracować sposób zapobiegania temu zjawisku. Bez rozwiązania problemu łatwopalności - jak podkreśla prof. Grey, autor badań - nie ma mowy o stworzeniu akumulatorów następnej generacji. A bez tego nie ma mowy o bezpiecznym ich zastosowaniu w środkach komunikacji. Obserwacja ogniw litowych podczas pracy pozwoli nam zrozumieć kiedy dokładnie i w jakich warunkach powstają niepożądane i kłopotliwe włókienka.