Twoje elektryczne auto pokona 1 tys. km bez ładowania. Twój robotyczny pies Spot będzie czujny przez cały dzień bez podłączania do prądu, a smartfon śmiało zabierzesz na tygodniową wyprawę bez ładowarki. Powstał nowy rodzaj baterii
Nie tylko ilość danych czy szybka transmisja informacji mają wpływ na przyspieszenie rozwoju sztucznej inteligencji, robotyki i jej zastosowań. Równie istotne jest zasilanie, szczególnie dla technologii mobilnych.
Dziś zaawansowane roboty niepodłączone na stałe do prądu pracują na akumulatorach, które mogą utrzymać je przy życiu około godziny. A świat nauki wciąż szuka nowego rozwiązania – bardziej wydajnych i żywotnych baterii.
Na ile to istotny temat dla branży robotyki, autonomicznych pojazdów i sztucznej inteligencji, można symbolicznie zilustrować faktem, że pierwszy podręcznik, jaki napisał system, dotyczył właśnie baterii.
Akumulatory, których nie trzeba byłoby ładować latami, za przełomowy wynalazek dla nowych technologii uznaje na przykład dr Krzysztof Walas z Instytutu Automatyki, Robotyki i Inżynierii Informatycznej Politechniki Poznańskiej w rozmowie z naszym portalem.
Zasilanie oparte na bateriach litowo-jonowych rozwinęło się w latach 90. ubiegłego wieku. Pierwsze komercyjne ich zastosowanie to zasilanie kamer Sony. Co rusz naukowcy odkrywają coś nowego, zastępując drogi w pozyskaniu lit innymi materiałami. Nie tak dawno naukowcy współpracujący z Teslą dzięki zastosowaniu materiału katodowego bogatego w nikiel znacznie wydłużyli żywotność akumulatora.
Inną propozycję mają teraz naukowcy z australijskiego Uniwersytetu Monash w Clayton. Opracowali najbardziej wydajną na świecie baterię litowo-siarkową (Li-S), która może czterokrotnie przewyższyć parametry komercyjnie dostępnych akumulatorów. Tego typu bateria jest też o wiele bardziej żywotna – w najlepszym możliwym wariancie była w stanie utrzymać 99 procent pojemności pierwotnej po ponad 200 cyklach ładowania. Patent został już zatwierdzony. Elektryczny samochód z takim akumulatorem będzie mógł pokonać nawet 1 tys. km bez ładowania, a smartfon wytrzyma bez niego tydzień.
Bateria litowo-siarkowa została opracowana już spory czas temu, ogniwa Li-S wykorzystano na przykład w samolotach elektrycznych bijących rekordy lotów bez lądowania. Jednak siarka ma pewne ograniczenia. Jej właściwości fizykochemiczne sprawiają, że dość szybko rozpuszcza się w elektrolicie. Badacze usunęli ten problem, sprawiając, że bateria jest wydajniejsza. Ma także mniejszy wpływ na środowisko.
Dotychczasowe ogniwa litowo-siarkowe wytrzymują do kilkudziesięciu cykli pracy, bo podczas ładowania wykonana z siarki katoda zwiększa swoją objętość o około 78 procent, czyli aż osiem razy bardziej niż grafit w ogniwach litowo-jonowych. Puchnięcie katody powoduje jej kruszenie i rozpuszczanie siarki w elektrolicie.
Badacze zmienili konstrukcję katod siarkowych, aby mogły one przenosić większe naprężenia bez obniżenia ogólnej wydajności. Postanowili skleić cząsteczki siarki z użyciem polimeru, wzorując się na technologii zastosowanej dla detergentów jeszcze w latach 70. ubiegłego wieku. Część ciasnych wiązań zastąpiły elastyczne polimerowe mosty, co umożliwiło osiągnięcie wyższej odporności na pękanie podczas zmian objętości.
Prototypowe baterie wyprodukowali już niemieccy partnerzy projektu z Fraunhofer Institute for Material and Beam Technology. Zespół badawczy otrzymał ponad 2,5 miliona dolarów od rządowych i międzynarodowych partnerów przemysłowych na przetestowanie tej technologii w samochodach i sieciach w tym roku, a część europejskich i chińskich producentów baterii już teraz jest zainteresowana szerszą produkcją. Mówi się, że baterie te mogą stanowić przełom dla przemysłu nowych technologii i znacząco zmienić rynek telefonów, dronów, komputerów, samochodów i sieci fotowoltaicznych.