Martin Abegglen / Flickr Rekordní poptávka po externích nabíječkách je jedním z projevů touhy po gadgetech, které mohou trvat několik dní bez uvázání, a jaké je to silné přání: v roce 2012 průzkum JD Power and Associates zjistil, že výdrž baterie více než kterákoli jiná přispěla k nespokojenosti kupujících chytrých telefonů. Je nepravděpodobné, že by se to dnes změnilo, když průměrný smartphone může procházet web pouze přibližně 8 hodin, než zemře ... na Wi-Fi.
Zpočátku se zdá, že vinu nesou výrobci smartphonů. Můžete předpokládat, že baterie, které pohánějí vlajkové lodě od společností Samsung, LG, Motorola atd., Jsou vybrány příslušnými inženýry. Pravda je však jemnější: lithium-iontové baterie téměř ve všech zařízeních se dnes radikálně nezměnily, protože vyšly před 23 lety. Tato dlouhá stagnace přinutila společnosti ke kompromisu ohledně velikosti smartphonu, výdrže baterie nebo obojího. Zařízení jako telefon může být tenké nebo může mít slušnou výdrž baterie.
Jak jsme se tedy přesně dostali k tomuto bodu a kam jdeme? Vylepšené návrhy baterií leží na obzoru, ale dostanou se někdy na trh? Mají nějaké nové technologie baterií skutečnou šanci ukončit naši závislost na lithium-iontových baterií a pomohou další řešení, aby byly dnešní baterie mezitím snesitelné? Snažili jsme se to zjistit.
Jak fungují baterie
První dobíjecí lithium-iontové baterie byly výbušné. Doslova. Společnost Sony a chemická společnost Asashi Kasei se to těžce naučily, když v roce 1991 první komerční lithiová baterie na bázi kovů vypálila přes mobilní telefon a způsobila popáleniny na obličeji člověka.
Lithium-iontové baterie téměř ve všech dnešních zařízeních se od doby, kdy vyšly před 23 lety, radikálně nezměnily.
To však nezabránilo tomu, aby se lithium-iontové články staly dominantním zdrojem energie v přenosných zařízeních. Důvod? Jsou mnohem energetičtější než jiné alternativy, ale také relativně bezúdržbové. Na rozdíl od jiných baterií nevyžadují vybití, nemají paměť, nedochází k hromadění sulfatace zabíjející buňky a obsahují méně toxických kovů než většina ostatních baterií. Lithium-iontové baterie jsou jednoduše řečeno jedna z nejuniverzálnějších sériově vyráběných baterií v okolí.
Jsou však omezeni jinými způsoby, zejména hustotou energie. Důvod, který řekl viceprezident pro marketing společnosti Leyden Energy Noam Kedem v rozhovoru pro CNET, je ten, že „[v] olumetrická hustota energie klesá s tím, jak [lithium-iontové články] ztenčují, protože obal zabírá vyšší procento objemu energie.“ Co to znamená pro průměrného spotřebitele? Pokud chcete skvělou výdrž baterie, budete muset dělat kompromisy ohledně velikosti.
Vezměte si tento příklad: Nokia Lumia 1520 vydrží na nabití až 107 hodin, ale měří přes 6,4 palce - velikost phabletu. 6,34palcový Huawei Ascend Mate2 4G vydrží přibližně stejně. Jediným menším telefonem, který si v oblasti gigantů drží své místo, je Xperia Z3 Compact, který dokáže v dobrý den vydělat 101 hodin. Ale dosažení tohoto úspěchu vyžadovalo, aby se designéři Sony rozhodli pro displej s rozlišením 720p, což je mimořádná specifikace pro smartphone s cenou 630 $.
Sony Xperia Z3 Compact Skutečně zklamáním je, že ani ty velké baterie nevydrží příliš dlouho. Apple hodnotí baterii iPhonu na 80 procent kapacity za 50 nabití, což je za předpokladu, že telefon nabíjíte jednou za noc, zhruba rok a půl.
Kromě těchto omezení jde o otázku bezpečnosti. Dnešní lithium-iontové baterie nemusí být tak nebezpečné jako kovové konstrukce z dávných dob, ale tupá síla může stále způsobit jejich zkrat, rozpad nebo uvolnění škodlivého plynu. Poruchy jsou vzácné, ale výsledky mohou být dramatické - propíchnutá baterie před dvěma lety způsobila, že Tesla Model S vzplanul a virální video ilustruje, co se může stát, když narazíte na baterii Samsung Galaxy S5 kladivem.
Vzhledem k nesčetným problémům není žádným překvapením, že mezi spotřebiteli i výrobci zařízení silně touží po menších, hustších a bezpečnějších alternativách. Tělo vyšetřování na této frontě je slibné, ale ukázalo se, že trikem není nutně výzkum, ale přizpůsobení návrhů hromadné výrobě. Snížení nákladů spojených s výrobou a dosažení efektivity jsou často nejtěžší částí při uvádění nových baterií na trh.
Baterie budoucnosti přicházejí pomalu
Přicházejí lepší baterie a některé vycházejí z nápadů z minulosti. Vezměte si například výzkum z University of Stanford. První návrhy lithiových baterií obsahovaly lithiové anody, u anod se rychle zjistilo, že jsou neúčinné a nebezpečné, ale vědcům ze Stanfordu se nedávno podařilo tyto problémy vyřešit izolací lithia z elektrolytu speciální ochrannou vrstvou uhlíkových nanostruktur. Výsledkem je zdvojnásobení, možná ztrojnásobení výdrže baterie.
Baterie vyrobené z písku mají až trojnásobnou kapacitu a životnost než tradiční baterie.
Čistá lithiová baterie je předpokládaným nástupcem dnešních baterií - vedoucí projektu Stanfordského projektu Yi Cui říká, že materiál má „největší“ potenciál ze všech materiálů, které lze použít jako anody. Ale produkce je na škodu: design týmu Stanfordu dosud nedosáhl požadované průmyslové hranice pro účinnost (99,9 procenta) pro komercializaci, ai když ano, složitost výroby by mohla vést k vysoké ceně - někde v rozmezí 25 000 $ pro baterii velikosti vozidla řekl ministr energetiky Steven Chu webu Phys.org.
Proto se vědci z University of California Riverside změnili na písek. Sbírali granule s vysokým procentem křemene, drtili je solí a hořčíkem a nakonec je zahřáli, aby odstranili kyslík a extrahovali čistý křemík. Výsledný materiál má až trojnásobnou kapacitu a životnost než tradiční baterie.
Baterie z písku však pro sluchátka v našich kapsách ještě nejsou proveditelná. Vědci dosud neobjevili způsob výroby křemíkového písku v měřítku; největší baterie, kterou doposud vyrobili, je velikost malé mince.
Kang Shin a Xinyu Zhang Bariéra trhu pro nové designy je tak silná, že společnosti zabývající se výrobou zařízení, jako jsou Apple, Google a Dyson, začaly přímo spolupracovat s bateriovými firmami na urychlení vývoje. Ale při absenci významných průlomů vyvinuli výrobci hardwaru a softwaru vlastní řešení, která by řešila naši intenzivní touhu po dlouhodobějších smartphonech, tabletech, elektrických automobilech a laptopech.
Jednou z příčin rychlého vybití baterie je Wi-Fi - moderní sluchátka neustále monitorují bezdrátový provoz v okolí, vynakládají spoustu energie na zkoumání paketů a hledání čistých kanálů v prostředích plných rušivých signálů. Profesor Kang Shin z University of Michigan a doktorand Xinyu Zhang přišli s řešením, kterému říkají Energy-Minimizing Idle Listening (E-MiLi).
E-MiLi šetří energii tím, že zpomaluje interní bezdrátový čip, zatímco Wi-Fi se nepoužívá, což podle Shina a Zhanga vede k průměrné úspoře energie přibližně 44 procent. E-MiLi je navíc kompatibilní s 92 procenty mobilních zařízení. Ale jako vždy je tu háček: spoléhá se na fungování bezdrátových směrovačů se speciálním firmwarem.
Bohaté Shibley / digitální trendy
Další myšlenkou, s níž se vědci trápí, je rychlé nabíjení. To je zastřešující pojem, který zahrnuje vše od optimalizovaného softwaru po vylepšené kondenzátory, ale koncept je jednoduchý: napájecí adaptéry s velmi, velmi krátkými nabíjecími cykly. V polovině roku 2013 předvedl 18letý student na veletrhu vědy a techniky Intel superkondenzátor schopný nabít baterii smartphonu za 30 sekund. Reproduktor Blueshift Bamboo, který funguje na podobném principu, se dokáže nabít během několika minut a vydrží šest hodin.
Některé doplňkové nabíječky jsou mnohem šílenější. Luxusní smartphone od společnosti Tag Heuer má fotovoltaické vrstvy, které dobíjejí baterii slunečním zářením. Vědci z UC San Diego vytvořili dočasné „tetování na baterii“, které se nabíjí potem. A vědci z Nokie a z Queen Mary University v Londýně v současné době pracují na „nanogenerátorech“ určených k výrobě elektřiny ze zvuků, jako jsou lidské hlasy, provoz a hudba.
Některá vylepšení baterie již probíhají
Vzhledem k tomu, že nové modely baterií pokračují ve své neúprosné, ale letargické snaze o komercializaci, nacházejí se elektronické a softwarové společnosti v mnohem stejné pozici jako za posledních 23 let: musí obejít omezení zastaralé technologie. Některé byly při léčbě příznaků úspěšnější než jiné - společnost LG implementovala například vrstvený lithium-iontový design v G2, který tvrdil, že zvýšila kapacitu o 16 procent - ale dokud nebudou odstraněny příčiny nízké kapacity a špatné životnosti, moc se toho nezmění.
Nešťastnou realitou je, že s výjimkou externích nabíječek a baterií třetích stran ve skutečnosti existuje není zatím dobrá alternativa k lithium-iontovým bateriím; většina výzkumů zůstává ve fázi prototypu, prozatímní a aftermarketová řešení nejsou tak praktická - váš další smartphone není tak pravděpodobný, že bude mít solární panel, energeticky úsporný software Wi-Fi nebo nanogenerátory.
Právě teď se lithium-iontovým strastům v bateriovém průmyslu nedostává žádné stříbrné kuličky, ale viděli jsme několik průlomů z institucí, jako je Nangyang Technological University, kde vědci vyvinuli rychle se nabíjející anodu oxidu titaničitého. Zrychluje se také vývoj alternativ. V dubnu udělali vědci z NASA licenci na technologii, která dokáže převést teplo z výfuku automobilu na použitelnou elektřinu, a vědci z japonské společnosti Fuji Pigment učinili kroky ke komercializaci technologie hliník-vzduch, baterie s teoretickou kapacitou 40krát větší než lithium-ion .
Dejte tomu ještě pár let
Jistě, lithium-iontové baterie mají své výhody: jsou levné, snadno se vyrábějí a jsou poměrně stabilní. Ale jsou také obrovské a nevydrží dlouho. Není žádným překvapením, že existuje hlad po alternativách, a přestože tu ještě nikdo není, existuje důvod k naději. Více vědců se zabývá „problémem lithium-iontů“ než kdykoli předtím. Některé alternativní návrhy baterií se také blíží komercializaci. A několik z polovičních opatření zatím není z poloviny špatných - Qualcomm QuickCharge, takzvaná technologie rychlého nabíjení zabudovaná do některých smartphonů, dramaticky urychluje nabíjení.
Je pravda, že umíráček lithium-iontový dorazil úplně, ale je blíže, než kdy byl. Není nerozumné předpokládat, že za pět nebo méně let se smartphony, které vydrží méně než několik dní na jedno nabití, budou jevit jako pozitivní (bez slovní hříčky) prehistorické.
