Magazynowanie energii – baterie i nie tylko

Cała nasza cywilizacja opiera się na przetwarzaniu energii,zwłaszcza energii elektrycznej, w użyteczną pracę. Gdyby jej nagle zabrakło,np. w wyniku rozbłysku słonecznego,czy końca zasobów, ludzkość, w najlepszym razie, cofnęła by się o kilka stuleci cywilizacyjnie.  Podczas, gdy fenomen wykorzystania energii mechanicznej wody,czy pary jest stosunkowo prostym problemem, elektryczność jest poniekąd nieuchwytna,niewidzialna – chyba,że chodzi o wyładowania atmosferyczne; pioruny,których jednak nie potrafimy wykorzystać w energetyce:

błyskawica

Podobnym przykładem są niekiedy „iskry” wynikające z nagłego wyładowania prądu z przewodów. Można ją za to odczuć. Czasem delikatnie,a czasem… śmiertelnie.Fenomen ten wynikający z przepływu elektronów – tudzież tzw. „dziur elektronowych”  w zasadzie jest częściowo wyjaśniany już w szkołach,lecz niezbyt jasno,ponieważ elektromagnetyzm,jedno z fundamentalnych 4 oddziaływań, nadal jest badany.Kwestia ładunku elektrycznego  czy elektromagnetyzmu nie jest też kwestią prostą ani intuicyjną.

Tak czy inaczej, to na wykorzystaniu elektryczności opierają się nasze urządzenia,to od jej dostaw jesteśmy uzależnieni,uzależnieni bardziej nawet,niż nasi przodkowie. Czasem jednak,stałe dostawy energii są niedostępne.Kable też stanowią problem.Niekiedy energię trzeba zmagazynować.

Jednym z rozwiązań tego problemu (inne to przesył bezprzewodowy energii czy silniki) jest bateria. Przeważnie,jako baterię rozpatrujemy ogniwo galwaniczne. Pierwszym takim ogniwem znanym współczesnej nauce było ogniwo Volty:
Ogniwo Wolty - koncepcja

W istocie jednak,wiele wskazuje na to,że prymitywne ogniwa znali już starożytni,czego prawdopodobnie dowodzi tzw. „bateria z Bagdadu” :

„[…] W latach sześćdziesiątych XX wieku archeologowie znowu znaleźli podobny przedmiot w okolicach Bagdadu, a następnie kilkadziesiąt elementów składowych owych tajemniczych urządzeń (m.in. pręty miedziane i żelazne oraz odpowiednie korki bitumiczne)[…]Dla jej [hipotezy] poparcia zrekonstruowano owe hipotetyczne ogniwa i wypełniono je roztworami kwasów znanych w Mezopotamii w tamtych czasach (octowego i cytrynowego). Baterie zaczęły działać […]” (źródło cytatu – wikipedia)

Bateria z Bagdadu
Pomińmy skomplikowaną debatę „skąd starożytni wiedzieli”,  i co właściwie wiedzieli,ważne jest to,że udowodniono,iż takie ogniwo w istocie miało prawo działać i działało.

Jak widać zatem, sama koncepcja nie jest skomplikowana. Diabeł jednak tkwi w szczegółach.Uzyskana energia zależy od potencjału związanego z reakcjami chemicznymi,powierzchni czynnej i wielu innych czynników.

Wyróżniamy bardzo dużo rodzajów baterii,np:

Istnieją też baterie jądrowe,oparte o rozpad promieniotwórczy,jednak ich zasada działania jest inna, i moim zdaniem, na dobrą sprawę, można by tu raczej mówić o prymitywnym rodzaju generatora,który w dodatku, z natury zapewnia coraz mniej energii (prawo rozpadu naturalnego to sprawia) choć może ją zapewniać przez wiele lat.

Ponadto w praktyce rozróżnienie pomiędzy baterią, a akumulatorem jest raczej dość umowne w powszechnym języku. Wynika to z faktu,że w praktyce akumulator różni się od typowej baterii tym,że przewidziane jest jego wielokrotne ładowanie,sama konstrukcja i funkcje nie są zaś aż tak różne,stąd zdarzają się pomyłki.

Wyróżniamy różne  akumulatory np.:

W praktyce jest ich jeszcze więcej, co udowadniają artykuły Anglojęzycznej Wikipedii o Bateriach i Akumulatorach

Baterie i akumulatory zrewolucjonizowały nasze życie,dzięki ich wykorzystaniu wiele urządzeń elektrycznych stało się naprawdę mobilnymi i na dobrą sprawę niezależnymi od problemów z okablowaniem, czy dostępem do sieci elektrycznej. Niestety – ich wydajność i koszt są istotnymi ograniczeniami.

Problem w tym,że pomimo mnogości rodzajów baterii i akumulatorów, magazynowanie energii nie jest proste,nie jest też do tej pory wystarczająco opłacalne ekonomicznie. W dodatku, baterie podlegają też przecież samorozładowaniu – te popularnie stosowane tracą rocznie 8-20% zmagazynowanej energii. Przesył energii elektrycznej przy pomocy sieci przesyłowej wciąż jest wielokrotnie tańszy.Oczywiście, problem lobbingu koncernów naftowych i energetycznych może być również ważnym powodem braku wystarczającej alternatywy – ale nie jedynym. Problem bowiem polega naprawdę efektywności i tylko wydaje się prosty,a pomimo rozwoju technologii – zwłaszcza w przypadku akumulatorów telefonów komórkowych – koszty wciąż są znaczne.

Oczywiście – z czasem gęstości energii rosną:

https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/c/c9/Secondary_cell_energy_density.svg/395px-Secondary_cell_energy_density.svg.png

I wygląda to imponująco,ale tylko do momentu,gdy porównamy to z gęstością energii innych jej źródeł obecnych w naturze:

https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/c/c6/Energy_density.svg/800px-Energy_density.svg.png

Jak widać jednak z całości artykułu na Wikipedii dotyczącego gęstości energetycznej wartości te są śmieszne w porównaniu nie tylko z prochem strzelniczym (który tylko pozornie wydaje się efektywny),ale nawet z drewnem czy cukrami.

Oczywiście,baterie są zaprojektowane do efektywnego wyzwalania energii w oczekiwany sposób,a te substancje – same z siebie póki co, nie,ale problem pozostaje.

W tym kontekście bardzo istotne wydają się badania nad „bateriami na cukier”/biobateriami i sztuczną fotosyntezą,ponieważ cukry i enzymy ulegają rozpadowi w sposób ekologiczny a przy tym są dużo wydajniejsze energetycznie. W istocie,w świetle ostatnich badań ze stycznia których wyniki opublikowano w artykule pt. „A high-energy-density sugar biobattery based on a synthetic enzymatic pathway.” w czasopiśmie „Nature Communications”, a omówiono również na stronie Extremetech, urzeczywistnienie takich rozwiązań wydaje się kwestią czasu.Czy tak będzie tak zatem faktycznie ? Zobaczymy.

Reklamy

One thought on “Magazynowanie energii – baterie i nie tylko

Skomentuj

Wprowadź swoje dane lub kliknij jedną z tych ikon, aby się zalogować:

Logo WordPress.com

Komentujesz korzystając z konta WordPress.com. Wyloguj / Zmień )

Zdjęcie z Twittera

Komentujesz korzystając z konta Twitter. Wyloguj / Zmień )

Zdjęcie na Facebooku

Komentujesz korzystając z konta Facebook. Wyloguj / Zmień )

Zdjęcie na Google+

Komentujesz korzystając z konta Google+. Wyloguj / Zmień )

Connecting to %s