Baterija, ki se napolni v minuti

Izraelsko podjetje StoreDot je na Microsoftovi konferenci Think Next prikazalo baterijo in polnilec, ki omogočata ekspresno hitro polnjenje. Prazen mobilni telefon Samsung S4 so v pičlih 26 sekundah napolnili do zgornje meje.

Za zdaj so predstavili le prototip, ki je preokoren za komercialno uporabo. Baterija je velika toliko kot zavojček cigaret, polnilec pa podobno velik kot pri prenosnih računalnikih. Toda v naslednjih treh letih naj bi postal izdelek komercialno dostopen. Zato smo vsi zastrigli z ušesi.

Hitro polnjenje baterij je od nekdaj poleg visokega razmerja med kapaciteto in maso sveti gral za proizvajalce baterij. Težavo jim predstavlja elektrokemija, ki tovrstnih bližnjic nima najraje. Prvi problem je reverzibilnost procesa. Če želimo, da baterija svojo nalogo opravlja čim dlje in se sčasoma čim manj iztroši, morajo vsi elektrokemijski procesi potekati po reverzibilni poti; termodinamika tudi pove, da tedaj iz sistema dobimo največ energije, hkrati pa baterije ne kvarimo. Problem je, da so reverzibilni procesi neskončno počasni, zato imamo v realnosti le boljše in slabše približke. Hitrejši so načeloma slabši. Druga težava izvira iz prve, in sicer gre za izgubljanje strukture. Ob vsakem polnjenju in praznjenju se kristalna rešetka ionov v modernih baterijah - ki že dolgo nimajo več tekočega elektrolita kot Daniellov člen - malce poruši, kar poslabša karakteristike baterije. Hitro polnjenje in praznjenje uvede več defektov v rešetko, zato se baterija kvari še hitreje. Dodaten problem je polnjenje ali praznjenje preko kapacitete, ki pri litij-ionskih baterijah povzroči neželene ireverzibilne reakcije, ki tudi manjšajo kapaciteto baterije. Pri hitrem polnjenju oziroma praznjenju je zelo težko zadeti točko, ko ju je treba prekiniti.

Kako je torej izraelsko start-up podjetje, ki je nastalo iz oddelka za nanotehnologijo na Univerzi v Tel Avivu, obšlo te omejitve? Seveda niso uporabili litij-ionskih baterij, ki so danes standardni sestavni del potrošne elektronike, ampak so izdelali drugačno vrsto baterij. Glede zgradbe so še precej skrivnostni, saj podrobnosti niso želeli razkriti. Povedali pa so, ga gre za bioorganske baterije, ki uporabljajo nanodelce. Nanokroglice s premerom 2,1 nanometra sestavljajo peptidne molekule (kratki segmenti nekaj aminokislin, povezanih s peptidno vezjo).

Pravijo, da se nanokroglice samodejno sestavljajo v pravo strukturo – temu pojavu pravimo self-assembly in je pri nanostrukturah že poznan, tako da zgodba vsaj na prvi pogled ni iz trte izvita. S tem naj bi obšli enega glavnih problemov, to je ohranjanje strukture pri hitrem polnjenju, saj ni težko v baterije v nekaj minutah prenesti tistih nekaj amperur (Ah) naboja; glavni problem ga je uskladiščiti v urejeno strukturo, kar očitno nanokroglice dobro počnejo, ker imajo tendenco po samoureditvi.

StoreDot dodaja, da so baterije le ena izmed možnosti uporabe novega materiala. Podobni nanokristali bi bili lahko uporabni tudi za proizvodnjo bistveno hitrejšega flash pomnilnika ali pa kot zamenjava toksičnega kadmija v zaslonih. Kaj pa cena? Pravijo, da bo celoten komplet baterije in polnilca približno dvakrat dražji od današnjih modelov, kar je povsem sprejemljiva cena za revolucionaren koncept – če se bo čez tri leta seveda res izkazal kot tak.

Povedati moramo namreč, da v zadnjih letih precej pogosto beremo o odkritjih na področju baterij, končnih izdelkov pa kar nekako ni. Toshiba je sicer pred leti predstavila akumulatorje s hitrim polnjenjem, ki so temeljili na litijevem titanatu. Gre za modifikacijo litij-ionskih baterij, ki se zelo hitro napolnijo do 90 odstotkov kapacitete, ker imajo približno 30-krat večjo anodno površino zaradi titanata namesto ogljika, danes pa so v rabi predvsem v električnih avtomobilih. Njihova pomanjkljivost je nizka gostota naboja glede na maso.

V prenosnikih pa najdemo na primer RapidCharge tehnologijo, ki jo imajo modeli ThinkPad. Reklame obljubljajo, da se baterija v uri napolni do 80 odstotkov, kar je dva- do trikrat hitreje od klasičnih litij-ionskih baterij. In res, tudi v praksi se izkaže, da je mogoče takšen prenosnik v dobre pol ure napolniti toliko, da spet zdrži kakšne tri ure.

Toda če bodo Izraelci res uspeli komercializirati način za polnjenje baterij v vsega nekaj minutah, bodo vse stare tehnologije hitro romale na smetišče.