Laikai, kai telefono akumuliatorius ištverdavo savaitę, jau praeityje – šiandien dažnas išmanusis įrenginys neištveria nė pusdienio. Pažvelkime, kokias perspektyvas žada ateities baterijos ir kokios naujovės rengiamos mokslinėse laboratorijose.

Birželio pabaigoje Rice universiteto (Teksasas) mokslininkų grupė pristatė įkraunamąsias baterijas, kurias galima užpurkšti tarsi dažus ant bet kokio paviršiaus. Eksperimento metu ant paprastų vonios plytelių mokslininkai užpurškė penkis skirtingų medžiagų sluoksnius, kurie sąveikaudami tarpusavyje kaupė elektros energiją iš šalia įmontuotų saulės elementų. Elektros aruodo pakako, kad  iš šviesos diodų sudarytas universiteto pavadinimas degtų šešias valandas.
“Purškiamaisiais dažais dengiama daugybė paviršių, šis procesas pramonėje yra įprastas, tad nebus sudėtinga jį patobulinti ir ant paviršių užpurkšti naująsias baterijas”, – prognozuoja šio mokslinio projekto lyderė Neelam Singh.
Tiesa, mokslininkams teks dar paplušėti, kol šios prototipinės baterijos bus pradėtos taikyti pramonėje, mat jose naudojamas litis bei kitos cheminės medžiagos gali tapti pavojingos, sukontaktavusios su drėgme bei deguonimi.
Mokslininkų ir inžinierių susidomėjimas naujomis technologijomis, kurios leistų sukurti talpesnes įkraunamas baterijas, yra visiškai suprantamas – nešiojamųjų elektroninių prietaisų vis daugėja, o dėl didėjančios jų galios atsiranda ir didesnis elektros srovės poreikis. Palyginkime: daugumai elektroninių prietaisų galioja Moore’o dėsnis – jų galia padvigubėja maždaug kas 18 mėnesių, o šiuolaikinių baterijų talpa kasmet padidėja tik apie 5 proc.
Šį pavasarį rinkos tyrimų kompanijos “Global Industry Analysts, Inc.” pristatytoje ataskaitoje prognozuojama, kad apie 2017-uosius įkraunamųjų baterijų rinka bus verta 21,4 mlrd. dolerių.
Jau senokai praėjo tie laikai, kai mobiliosios “Nokios” neįkraunamos ištverdavo net savaitę – šiandien net ir pats prabangiausias išmanusis telefonas besibaigiant dienai prašosi įjungiamas į elektros tinklą. Tai kankina daugumą vartotojų, kuriems skirta šimtai patarimų internete bei kuriamos specialios programėlės, automatiškai išjungiančios akumuliatorius sekinančias telefonų bei planšečių funkcijas, tarkime, bevielį “Wi-Fi” ryšį ar GPS navigaciją.
Deja, yra tikimybė, kad padėtis tik blogės – šiandien jau po truputį populiarėja spartus ketvirtosios kartos mobilusis internetas, kurio modemai naudoja daugiau energijos nei 3G ryšys. Be to, telefonai ir planšetės perima vis daugiau televizoriaus funkcijų – vaizdo transliacijos bei žaidimai ypač sparčiai sekina iš ryto įkrautus akumuliatorius. “Manau, kad jau labai greitai lėtas šiuolaikinių baterijų evoliucijos tempas pradės pastebimai stabdyti elektroninių prietaisų galimybių plėtrą”, – apibendrina žurnalo “Mobile Choice” vyriausioji redaktorė Natasha Stokes.
Efektyvių elektros energijos kaupyklų nebuvimas stabdo ir kitas svarbias pramonės šakas – tarkime, elektromobilių populiarumui trukdo nedidelis nuvažiuoti galimas atstumas, kurį riboja šiandien juose naudojami akumuliatoriai. Taip pat ir žalioji – saulės bei vėjo – energija negali būti naudojama visu pajėgumu. Juk saulė šviečia bei vėjas pučia tik kas tam tikrą laiką, o kol kas nėra efektyvių būdų perteklinei jų energijai sukaupti ir panaudoti vėliau – naktį ar tuo metu, kai nepučia joks vėjelis.
Todėl įdomu sužinoti, kokius kozirius energijos akumuliavimo srityje rankovėse laiko mokslininkai bei inžinieriai. Galbūt jau netoli tas laikas, kai galėsime pamiršti įkroviklius ir laidų raizgalynes būdami namuose ar keliaudami.

Netobulėjantis A.Voltos išradimas

Pagrindinis baterijų veikimo principas paprastas – jose cheminių reakcijų energija paverčiama elektros energija. Viename elemento gale yra neigiamai įkrautas elektrodas (anodas), o kitame – teigiamai įkrautas katodas, o juos skiria specialus skystis, vadinamas elektrolitu. Iš anodo elektronai juda katodo link, tačiau kelią jiems pastoja elektrolitas, kuris nukreipia elektronus į baterijos galuose esančius kontaktus. Šis elektronų srautas ir sudaro elektros srovę, kuri maitina mūsų naudojamus prietaisus. Beje, įkraunant baterijas visas procesas apverčiamas aukštyn kojomis.
Šiuolaikinių elementų veikimo principas nedaug pasikeitė nuo gūdžių 1800-ųjų, kai italų fizikas Alessandro Volta pristatė savo sukurtą bateriją, kurios elektrodus sudarė vario ir cinko monetos, o elektrolitą – sieros rūgštis.
Šiandien populiariausi yra įkraunamieji ličio jonų elementai, sukurti aštuntajame praeito amžiaus dešimtmetyje, tačiau tik 1991-aisiais elektronikos milžinė “Sony” pradėjo masinę jų gamybą. Šią baterijų rūšį inžinieriai tobulina jau daugiau nei 20 metų – todėl šiandien jie beveik dvigubai lengvesni, talpesni ir pigesni.
Tačiau procesas nesustoja ir šiandien naujos gyvybės senukams ličio elementams žada įpūsti nanotechnologijos. Tarkime, kompanijos “Amprius”, “Nanosys” ir net didžioji “Panasonic” netrukus žada prekybon paleisti baterijas, kurių anodai bus pagaminti iš silikoninių nanovamzdelių, leisiančių talpą padidinti beveik trečdaliu.
Ir vis dėlto, regis, šis tobulinimo procesas artėja akligatvio link – juk per gerus tris dešimtmečius galima tikėtis išsemti visas technologijos galimybes. “Nors man kaip mokslininkui sudėtinga sakyti, kad kažkas neįmanoma, tačiau pažvelgus į naujausius tyrimus nematyti, jog pavyks pasiekti kur kas didesnę tradicinių ličio elementų talpą”, – apibendrina Gerbrandas Cederis, Masačusetso technologijų instituto (MTI) profesorius.

Miglotos ateities perspektyvos

Nors šiandien mokslininkai ir inžinieriai intensyviai ieško tradicinių ličio jonų elementų alternatyvų, daug žadančių jų horizonte nėra labai daug. Viena tokių inovacijų yra ličio-oro baterijos, kuriose katodo vaidmenį turėtų atlikti deguonis. Šią technologiją prieš penkerius metus išrado Škotijos St.Andrews universiteto profesorius Peteris Bruce’as, o šiandien yra jau keletas šias baterijas tobulinančių kompanijų.
Pasak išradėjo, tokios baterijos turėtų būti nuo trijų iki penkių kartų ištvermingesnės, tačiau technologija vis dar yra vystymosi stadijoje ir nėra garantijos, kad ji pasiteisins bei pateks į masinę gamybą.
Ličio-oro baterijų kūrimą labai entuziastingai remia korporacija IBM, mat šios rūšies akumuliatoriai pagaliau galėtų stumtelėti į priekį elektromobilių paklausą. Vis dėlto automobilių pramonės atstovai nėra nusiteikę optimistiškai – tarkime, “General Motors” elektrochemijos laboratorijos vadovas Thomasas Greszleris teigia, kad išlieka nemažai abejonių dėl tokių elementų saugumo. Mat litis susidūręs su vandens garais reaguoja gan audringai ir užsidega, todėl norint tokius akumuliatorius naudoti elektromobiliuose yra reikalinga papildoma oro filtravimo sistema, kuri padidins paties automobilio masę.
Tuo tarpu kitos mokslininkų grupės ieško naujų cheminių elementų derinių, iš kurių būtų galima sukurti talpesnius ir ištvermingesnius akumuliatorius. Tarkime, Arizonos bendrovė “Sion Power” prieš kelerius metus iš JAV vyriausybės gavo 5 mln. dolerių paramą ličio ir sieros elementams kurti.
Bet mokslininkams reikia ieškoti kitų medžiagų, kurios reaguodamos generuotų daugiau elektros srovės. Tuo domisi jau minėtas MTI profesorius G.Cederis, kuris yra sukūręs tik superkompiuteriams “įkandamą” programą, modeliuojančią įvairių cheminių elementų ir junginių tarpusavio reakcijas, – taip mokslininkas jau rado tris potencialias naujas medžiagas ateities baterijoms kurti.
Gegužę nemažo investuotojų susidomėjimo sulaukė ir skystųjų metalų baterijų prototipas, kurį sukūrė kitas MTI profesorius Donaldas Sadoway’us – jo projektui finansavimą skyrė Billas Gatesas, naftos pramonės milžinė bendrovė “Total” ir JAV Energetikos departamentas. D.Sadoway’aus sukurtų akumuliatorių elektrodus sudaro išlydyti metalai, o elektrolito vaidmenį atlieka išlydyta druska – šie įtaisai labiausiai tiktų vėjo ir saulės energijos akumuliavimui. Profesorius teigia, kad jo kuriamas akumuliatorius leistų išspręsti didžiausias saulės ir vėjo energetikos problemas bei suteiktų galimybę atsinaujinantiems šaltiniams veikti lygiomis teisėmis su iškastinio kuro bei branduoline energetika. Ir vis dėlto šiai technologijai “išsukti” iki masinės gamybos, ko gero, prireiks bent dvejų metų.

Įsielektrinusi atmosfera

Ko gero, greitai kur kas talpesnių akumuliatorių nesulauksime, tad šiuolaikinės visuomenės nuolatinį elektros energijos vartojimo poreikį mokslininkai bando patenkinti kitu keliu – suteikdami galimybę įkrauti prietaisus be laidų. Bevielė elektra po truputį tampa naujausiu mados klyksmu – tarkime, jau šį rudenį bendrovė “Samsung” žada pristatyti specialų bevielį įkroviklį, skirtą savo naujausiam išmaniajam telefonui “Galaxy S3″.
Bevielės elektros idėja taip pat sena – beveik prieš šimtą metų jos veikimą pademonstravo žymusis Nikola Tesla, tiesa, didžiausias jos trūkumas yra nedidelis atstumas, kuriuo gali būti perduodama srovė.
Didžiausią proveržį šioje srityje prieš šešerius metus padarė dar vienas MTI profesorius Marinas Soljačičius, pademonstravęs degančią lempą, esančią per du metrus nuo elektros šaltinio. Beje, M.Soljačičius įkūrė ir garsiąją bevielės elektros tyrimus atliekančią bendrovę “Witricity”, kuri šiandien dirba ne tik su elektronikos gamintojais, bet ir su JAV kariuomene bei automobilių pramone.
Liepos pabaigoje elektronikos gamintoja “Qualcomm” paskelbė apie bendrą projektą su “Renault” bei keliomis kitomis automobilių gamintojomis – jo tikslas sukurti elektromobilių akumuliatorių įkroviklius, kuriuos būtų galima montuoti gatvių dangoje. Panašų projektą vykdo ir kitos dvi gigantės – “Siemens” bei BMW.
Tuo tarpu Jutos valstijos universiteto mokslininkai gavo 2,7 mln. dolerių vertės projektą, kurio tikslas yra Solt Leik Sičio autobusų stotelėse įmontuoti bevielius  elektrinių autobusų įkroviklius.
Rinkos tyrimų kompanija “Pike Research” įvertino, kad iki 2020-ųjų bevielės elektros rinkos vertė turėtų padidėti iki 15 mlrd. dolerių.