wersja mobilna
Online: 653 Niedziela, 2016.12.11

Blogi

Wydajne akumulatory największym problemem elektroniki przenośnej

wtorek, 05 marca 2013 11:34

Jeśli zacznie się porównywać tempo wchodzenia na rynek innowacji w zakresie chemicznych źródeł energii, a więc baterii i akumulatorów, z tempem rozwoju technologii w elektronice, można dojść do mało optymistycznych wniosków. Bez względu na to, jak skuteczne są technologie oszczędzania energii w nowoczesnych układach, w praktyce energii zawsze brakuje. Najlepszym przykładem takich zależności są smartfony i tablety, w których akumulator zajmuje przeważającą część miejsca w obudowie, a mimo to w najbardziej wydajnych jednostkach nie jest w stanie zapewnić działania dłuższego niż jedna doba.

W akumulatorach nie działa prawo Moore’a, a wykresy opisujące przyrost masowej lub objętościowej gęstości energii na przestrzeni lat są prawie płaskie. Chemiczne źródła prądu znane są od 1871 roku, gdy Alessandro Volta zbudował pierwsze ogniwo galwaniczne, ale wiele znanych źródeł też jest już wiekowych - akumulator kwasowo-ołowiowy znany jest od 1860 roku, a źródła alkaliczne, czyli baterie i akumulatory NiCd, już od 1900 roku. Co więcej, producenci ogniw nie są w stanie podać żadnych konkretnych informacji na temat tego, jak będzie wyglądała przyszłość tych produktów, na co mogą liczyć konstruktorzy, a przede wszystkim kiedy pojawią się nowe technologie chemiczne zdolne zaspokoić apetyty konstruktorów elektroniki.

Warto zauważyć, że ogniowo litowo-jonowe, które zostało wynalezione przez firmę Sony w 1991 roku, czyli 22 lata temu, było ostatnim i jedynym w wieku przełomem technologicznym w zakresie źródeł chemicznych. Odmiany polimerowe, czyli ze stałym elektrolitem, to tylko jedna z wersji tej technologii.

Poza elektroniką przenośną akumulatory są poważnym problemem sektora motoryzacyjnego. Samochody o napędzie elektrycznym jak Nissan Leaf to drogie i mało użyteczne pojazdy, bo koszt akumulatora litowo-jonowego w ich przypadku stanowi ponad jedną trzecią ceny. Z tego powodu w autach hybrydowych dalej korzysta się z ogniw NiMH, bo mimo gorszych parametrów w zakresie pojemności i masy są one tańsze.

Akumulatory do elektroniki przenośnejZniknęły też już z mediów zapowiedzi i zdjęcia prototypowych ogniw paliwowych. Jeszcze 5 lat temu ogniwa te miały być podstawą zasilania laptopów i telefonów. Wizja baterii dużej pojemności, którą można było dodatkowo uzupełniać podczas pracy za pomocą strzykawki ze spirytusem, była niezwykle kusząca i dawała nadzieję, że problemy z zasilaniem niedługo się skończą. Możliwość wymiany pojemnika z paliwem była też atrakcyjna do producentów samochodów, bo niestety ładowanie akumulatora w pojeździe elektrycznym trwa wielokrotnie dłużej od tankowania na stacji benzynowej, zmniejszając wyraźnie użyteczność tych pojazdów.

Niestety mimo wielkiego wysiłku i drobnych sukcesów ogniwa paliwowe nie trafiły do sprzętu konsumenckiego i chyba jeszcze długo pozostaną wyłączną domeną dużych aplikacji przemysłowych i profesjonalnych. Ich miniaturyzacja stwarza wiele problemów, w tym z bezpieczeństwem eksploatacji.

Do działania ogniwa te wymagają tlenu i wodoru, tlen może pochodzić z powietrza, ale wodór trzeba wydobyć z alkoholu, metanu lub innego węglowodoru. Wszystkie te substraty są niebezpieczne, reakcje generują wiele ciepła, przez co bateria nie ma dostatecznej stabilności pracy i w niekorzystnych warunkach może eksplodować.

Niestabilne są także ogniwa litowo-jonowe, co doskonale pokazują ostatnie kłopoty Boeinga. Kilka lat temu wybuchające obudowy przysporzyły kłopotów także producentom laptopów. Mimo obudowania akumulatorów czujnikami, balanserami, bezpiecznikami zabezpieczającymi przed niekontrolowanym wzrostem temperatury, sytuacja nadal potrafi się wymknąć spod kontroli, przez co żadna z firm nie wypuści na rynek ogniw paliwowych do urządzeń powszechnego użytku, póki nie będzie pewna, że ta innowacja nie wróci do niej w postaci wielkich kłopotów.

Stąd od 1991 roku zmiany technologiczne w chemicznych źródłach energii elektrycznej są pasmem niewielkich, drobnych i mozolnych usprawnień. Na
horyzoncie nie widać nic nowego w sensie przełomu. To samo dotyczy obudów ogniw, rynku i listy największych producentów. Jedyna nadzieja znowu tkwi w elektronice, która już dzisiaj potrafi wykorzystać maksimum dostępnej energii, jaką przykładowo jest typowa 1 Wh zapewniana przez ogniwo CR2032, a jutro sięgnie po kolejne rekordy. W międzyczasie nie wolno zapominać o noszeniu ze sobą ładowarki, bo mimo ogromnego postępu w zakresie niskiego poboru mocy, będzie ona niestety coraz bardziej potrzebna.

Robert Magdziak

 

Robert Magdziak

Elektronik bloguje

Trendy, zjawiska i nowe technologie pojawiające się rynku elektroniki, to tematyka unikalnego w skali kraju zawodowego bloga poświęconego elektronice profesjonalnej, prowadzonego przez redaktora naczelnego Magazynu Elektroniki Profesjonalnej "Elektronik" – dr. inż. Roberta Magdziaka. Blog jest okazją do spojrzenia na problemy i wyzwania, jakie stoją przed środowiskiem inżynierów elektroników w Polsce oczami osoby, która jest obecna w branży od 15 lat. Komentarze do wpisów można wysyłać bezpośrednio e-mailem do autora. Zapraszamy do lektury!