Životni vijek baterija je gorući problem na modernim uređajima. No, osim životnog vijeka, tu je i niz drugih potencijalnih problema, poput mogućnosti eksplodiranja baterije – stvari o kojoj se u posljednje pridaje mnogo pažnje.
Afera sa Galaxy Note 7 uređajima samo je jedna od mnogih prepreka koje koče razvoj baterija koje pokreću naše uređaje. Prosječni pametni telefon sa jednim punjenjem izdrži jedan dan umjerenog korištenja, na laptopima je to ponekad samo nekoliko sati, a električni automobili se muče da “izvuku” 500 kilometara sa jednim punjenjem. No, zbog čega je životni vijek baterije toliko velik problem, i kada će on biti riješen?
Šta je baterija?
Baterije su mali spremnici hemijske energije. Kada svoj pametni telefon prikopčamo na punjač, ustvari koristimo elektricitet kako bi resetovali hemijsku reakciju u bateriji prenoseći elektrone sa negativne anode na pozitivnu katodu. Kada je napunjena, baterija može proizvoditi elektricitet prenoseći elektrone kroz strujni krug (u našem slučaju pametni telefon) do anode, i činiti će sve to dok se svi elektroni ne “prebace” do anode ili dok ugrađeni prekidač ne diskonektuje bateriju.
Od čega se prave baterije?
Unutar tipične baterije nalazi se anoda, katoda i elektrolit koji služi za putovanje pozitivnih jona. Litijum-jonske baterije koje pronalazimo u većini pametnih telefona i elektronike uopšteno sadrže metalnu katodu napravljenu od smjese kobalta, bikla, mangana ili željeza, poroznu grafitnu anodu koja sadrži jone litija unutar sebe te elektrolit od litijeve soli. Pozitivno nabijeni litijumski joni putuju kroz elektrolit od anode do katode upravljajući elektrone kroz pametni telefon, te nazad do anode. Princip rada baterije se možda čini jednostavnim, no hemija i tehnologija na kojoj se ona zasniva nije nimalo jednostavna. Najveće ograničenje za baterije jeste gustina energije, odnosno problem leži u količini energije koje mogu pohraniti – iz prostog razloga što je to ujedno i maksimalna energija koju jedna baterija može proizvesti. Sve ono što se nalazi van baterije – kablovi, kućište baterije, kontrolerski čipovi – sve to dodaje težinu bateriji, ali ne i snagu. Jedini način da odmah povećamo životni vijek trajanja baterije na novim pametnim telefonima jeste da povećamo energetsku efikasnost elektronike koja se nalazi u pametnom telefonu istovremeno povećavajući i kapacitet baterije. No, tanji i tanji pametni telefoni zahtijevaju i sve tanje baterije.
Zašto se životni vijek baterija smanjuje?
Životni vijek baterije nije konstantan kroz čitav “život” pametnog telefona, već se malo po malo smanjuje s vremenom kako se baterija prazni i puni. To se dešava zbog toga što hemijska reakcija koja proizvodi elektricitet prouzrokuje nakupljanje tankih slojeva litija na elektrodama, što smanjuje količinu elektriciteta koji baterija može proizvesti te povećava otpor unutar baterije. Što je veći otpor, to je bateriji teže održavati konstantan napon, a samim tim se količina energije koju je moguće proizvesti pri svakom punjenju smanjuje.
Zbog čega pojedine baterije eksplodiraju?
Baterije sa mnogo većom gustinom energije nego litijumske su već dostupne, no nisu dovoljno sigurne za korištenje u prenosivoj elektronici. Kao što je rekao Dr. Billy Wu, lektor na poznatom koledžu “London’s Dyson School of Design and Engineering”, što više energije stavite u malo pakovanje, to je to “pakovanje” opasnije. Sigurnost je jako bitan aspekt pri proizvodnji baterija, a termalni menadžment je ključan. Ukoliko se baterija zagrije na temperaturu višu od 80 stepeni Celzijusa dolazi do takozvanog “bijega termalne energije” gdje se komponante počinju raspadati i tada moće doći do eksplozije.
Šta možemo očekivati od baterija u skorije vrijeme?
Poboljšanja baterija u bližoj budućnosti doći će u obliku dovođenja postojećih litijum-jonskih baterija do njihovog teoretskog limita, što će povećati gustinu energije u baterijama. Teoretska gustina energije u litijum-jonskim baterijama koje koriste litijum-manganski oksid iznosi 280 Wh/kg, no finalni proizvod ima gustinu energije od tek 150 Wh/kg, što znači da je ostalo još mnogo prostora za unapređenja. Osim toga, u procesu je i razvoj litijum-sumporskih i litijum-silikonskih baterija
Šta je budućonst tehnologije baterija?
Baterije u kojim bi tečni elektrolit bio zamijenjen čvrstom supstancom je jedna od mogućih budućnosti koja bi pružila mnoga sigurnosna unapređenja. Jedna od prednosti ove tehnologije jeste mogućnost korištenja litija kao materijala za anodu jer ima veliku snagu i gustinu energije, no nije siguran sa tečnim elektrolitima. Također, metal-zrak baterije poput cink-zrak, litij-zrak ili aluminij-zrak baterija su također opcija, no ovo rješenje udaljeno je najmanje 20 godina od realizacije.
Kako mogu učiniti da baterija na mom telefonu traje duže?
Nekoliko je stvari koje možete učiniti da poboljšate životni vijek baterije u vašem pametnom telefonu. Priroda hemijske reakcije unutar baterije dovodi do toga da baterija radi jače ispod 20% i iznad 80% svog kapaciteta, što znači da održavanje litijum-jonskih baterija između 20% i 80% napunjenosti pomaže bateriji da kroz vrijeme zadrži što više svog prvobitnog kapaciteta. Trenutno su u razvoju i pametni menadžmentski sistemi koji bi bi trebali činiti upravo to kada ostavite vaš pametni telefon na punjenju preko noći. Također, baterije nikada ne bi trebale biti stalno uključene na punjenje. Ovo se odnosi posebno na laptope, jer baterije više „vole“ da ih se potpuno isprazni i napuni makar jednom mjesečno.
(businessinsider)
