Ο βασικός, αν όχι ο βασικότερος, παράγοντας για όλα τα gadget που προσφέρει η σύγχρονη τεχνολογία, είναι μπαταρία. Από την εποχή που στο άκουσμα αυτής της λέξης, έρχονταν στο μυαλό η εικόνα των κλασικών κυλινδρικών μπαταριών μικρού, μεσαίου ή μεγάλους μεγέθους, πολλά έχουν αλλάξει στο τεχνολογικό τοπίο. Πλέον, οι μπαταρίες ιόντων λιθίου (Li-ion) τροφοδοτούν πολυάριθμες συσκευές όπως φορητοί υπολογιστές, κινητά τηλέφωνα, υπολογιστές μορφής tablet, φορητές παιχνιδοκονσόλες, συστήματα GPS και γενικότερα οποιοδήποτε gadget, ενώ επεκτείνονται ακόμα και στα αυτοκίνητα που βασίζονται σε ηλεκτρική ενέργεια.
Όμως οι μπαταρίες λιθίου, εκ της αρχιτεκτονικής τους, έχουν και κάποια μειονεκτήματα. Αυτά είναι η πτώση της συνολικής «αποθήκης» ενέργειας που διαθέτει η μπαταρία, με την πάροδο του χρόνου. Για την ακρίβεια, δεν είναι το πέρας του χρόνου που μειώνει την ικανότητα ενεργειακής αποθήκευσης, αλλά το ότι την χρησιμοποιούμε: η σχεδόν πλήρης αποφόρτιση (λόγω χρήσης) και αντίστοιχα η πλήρης φόρτιση, ονομάζονται ένας «κύκλος φόρτισης». Έτσι, μετά από έναν αριθμό κύκλων φορτίσεων, η μπαταρία αρχίζει να χάνει το συνολικό φορτίο που μπορεί να δεχθεί στα «σωθικά» της. Με πιο απλά λόγια, η μπαταρία ενός φρέσκου κινητού τηλεφώνου με απόδοση 9 ωρών συνεχόμενης «βαριάς» λειτουργίας, μετά από δύο χρόνια θα αποδίδει περί τις 8 ώρες, ανάλογα βέβαια με το πλήθος των κύκλων φόρτισης που θα έχει υποβληθεί (όσο περισσότεροι, η μείωση της συνολικής ενέργειας εμφανίζεται συντομότερα).
Δύο επιπλέον μειονεκτήματα, που έγκεινται σε τεχνολογικούς περιορισμούς, είναι η ενέργεια που παρέχουν οι μπαταρίες, η οποία δεν μπορεί να θεωρηθεί πλέον «πολλών ωρών» για τις σύγχρονες και απαιτητικές εφαρμογές δε και ο χρόνος φόρτισης, ο οποίος παραμένει μεγάλος (άνω της 1 – 1,5 ώρας ή και παραπάνω ανάλογα με την συσκευή). Οι τεχνολογικοί περιορισμοί αφορούν το κομμάτι της μπαταρίας, το ανόδιο, από το οποίο εισέρχεται το ηλεκτρικό φορτίο στο εσωτερικό της μπαταρίας (από το καθόδιο εξέρχεται). Σε ένα συγκεκριμένο σημείο της αρχιτεκτονικής, υφίσταται ένα «στρώμα» από γραφίτη που «υποδέχεται» το φορτίο και έχει τρεις ευθύνες: το συνολικό μέγεθος ενέργειας (τις ώρες συνεχόμενης λειτουργίας δηλαδή) της μπαταρίας, την σταδιακή μείωσή του, αλλά και τον χρόνο μιας πλήρους φόρτισης. Ουσιαστικά λοιπόν, στην αρχιτεκτονική με στρώμα γραφίτη, οφείλονται οι όποιοι περιορισμοί των σύγχρονων μπαταριών λιθίου. Σε μερικά χρόνια όμως, ενδέχεται να αποκτήσουμε μπαταρία λιθίου με τριπλάσια χωρητικότητα, μεγαλύτερο χρόνο «αντοχής» στην διάβρωση (μείωση ενέργειας) και τέλος, πλήρη φόρτιση μέσα σε δέκα λεπτά της ώρας.
Ο καθηγητής Chongwu Zhou από το Viterbi School of Engineering του Πανεπιστημίου της Νότιας Καλιφόρνιας (USC), μαζί με μια ομάδα τελειόφοιτων πανεπιστημίου Yunhao Lu από το Zhejiang της Κίνας, κατάφεραν να αντικαταστήσουν τον γραφίτη και αντί αυτού, να χρησιμοποιήσουν πυρίτιο ως κατασκευαστικό υλικό για το ιδιόμορφο «στρώμα», που συμμετέχει στην διαδικασία εκμετάλλευσης ενέργειας μέσα σε μια μπαταρία.
Στο παρελθόν, έχουν γίνει προσπάθειες-τεστ με το πυρίτιο ως υλικό για το «στρώμα», εντούτοις το πρόβλημα που ανακύπτει είναι η μικρή «αντοχή» στην διάβρωση, με αποτέλεσμα την απόρριψη ως αντικαταστάτη για τον γραφίτη. Ο καθηγητής Zhou με την ομάδα του όμως, προσπάθησε να χρησιμοποιήσει το πυρίτιο με διαφορετικό τρόπο: δημιουργώντας με αυτό μικροσκοπικά «καλώδια» διαμέτρου 100 νανομέτρων. Έτσι, πλέχτηκε ένα στρώμα ιδιαίτερα ανθεκτικό στην διάβρωση, με τριπλάσια χωρητικότητα ενέργειας σε σχέση με τις σημερινές μπαταρίες λιθίου και με δυνατότητα πλήρους φόρτισης μόλις σε 10 λεπτά της ώρας. Για να καταλάβουμε πόσο λιλιπούτεια είναι τα «νανοκαλώδια», αρκεί να αναφέρουμε πως η ανθρώπινη τρίχα έχει διάμετρο 80.000 - 100.000 νανόμετρα!
Το «μυστικό» στην επιτυχία είναι, ότι τα νανοκαλώδια πυριτίου έχουν «πώρους». Σε αυτούς τους πώρους οφείλονται τα ανώτερα χαρακτηριστικά τους, έναντι αυτών που προσφέρονται από την αρχιτεκτονική με στρώμα γραφίτη και που χρησιμοποιείται στις σύγχρονες μπαταρίες. Η τεχνολογία των στρώματος νανοκαλωδίων, που θα προσφέρει στον απλό χρήστη μια συσκευή με τριπλάσια χωρητικότητα μπαταρίας, αρκετά μικρότερη απώλεια ενέργειας σε βάθος χρόνου και ταχύτατη φόρτιση, όπως αναφέραμε και στην αρχή, χρειάζεται γύρω στα δύο με τρία χρόνια για να φτάσει στην αγορά κατά τις προβλέψεις του καθηγητή Chongwu Zhou.
Μόνο που υπάρχει ένα «προβληματάκι»: είναι δύσκολη η μαζική παραγωγή τέτοιων νανοκαλωδίων με πώρους. Όμως ο καθηγητής με την ομάδα του, δεν το «έβαλαν κάτω», αντικαθιστώντας τα νανοκαλώδια με νανοσωματίδια, που προσφέρονται εμπορικά και είναι φθηνά (υπό την μορφή νανο-σφαιριδίων πυριτίου). Χαράζοντας τους πώρους σε αυτά, κατάφεραν να πετύχουν το ίδιο αποτέλεσμα. Τα νανοσωματίδια συμπεριφέρονται εφάμιλλα με τα νανοκαλώδια, ενώ μπορούν εύκολα να παραχθούν μαζικά. Ένα μελανό σημείο μόνο των νανοσωματιδίων, είναι ότι δεν έχουν πολλούς κύκλους φόρτισης, γύρω στους 200, ενώ η υπάρχουσα τεχνολογία μπαταριών με γραφίτη, προσφέρει περί τους 500 κύκλους (ανάλογα πάντα με τις διαστάσεις της μπαταρίας). Παρά ταύτα, η δύσκολη λύση προς μαζική παραγωγή, αυτή των νανοκαλωδίων, προσφέρει άνω των 2.000 κύκλων φόρτισης.
Μέχρι να φτάσει η εν λόγω τεχνολογία μπαταρίας στα χέρια των καταναλωτών, μπορούμε να φανταστούμε το (εγγύς;) μέλλον, με φορητές συσκευές που θα προσφέρουν μέρες συνεχόμενης λειτουργίας, άμεσης σχεδόν φόρτισης σε δέκα λεπτά της ώρας και αυξημένης αντοχής στην διάβρωση του χρόνου/χρήσης, ανοίγοντας έναν νέο δρόμο στην εξυπηρέτηση και διευκόλυνση της καθημερινότητας του μέσου χρήστη. Zougla.gr
0 σχόλια:
Δημοσίευση σχολίου