Baterie największą bolączką. Czas na rewolucję?

Czas leci, producenci telefonów wprowadzają nowe rozwiązania technologiczne, powstają coraz to potężniejsze maszyny – postęp pełną gębą, tylko co z baterią? Częste ładowanie robi się coraz bardziej uciążliwe, a nic nie wskazuje na to żebyśmy w najbliższym czasie byli świadkami jakiegoś przełomu. A może jednak…?

Jest moc!

Dzisiejsze urządzenia to prawdziwe kombajny multimedialne – posiadają mocne podzespoły, duże wyświetlacze i całą gamę różnych zastosowań. Ułatwiają nam codzienne funkcjonowanie, począwszy od zapewnienia podstawowej funkcji – łączności ze światem – poprzez naukę, rozrywkę, na wsparciu w pracy kończąc.

Niestety, czas pracy zaawansowanych urządzeń mobilnych mierzy się nie w dniach czy tygodniach, lecz w godzinach. Nowoczesne urządzenia mają ogromne możliwości i (niestety) niemniejsze zapotrzebowanie na energię. Współczesne baterie nie są w stanie zaspokoić apetytu wydajnych układów i energożernych wyświetlaczy. Trudno dzisiaj o nowoczesny telefon, który przy intensywnym użytkowaniu wytrzymałby więcej, niż dzień.

Śpieszmy się kochać baterie, tak szybko się rozładowują

Na wstępie należałoby zaznaczyć, iż wbrew powszechnej opinii nowych rozwiązań w tej kwestii jest całkiem sporo. Zbyt wcześnie jest jednak mówić o jakiejkolwiek rewolucji biorąc pod uwagę, że zaimplementowanie większości z prezentowanych poniżej technologii nie prędko dojdzie do skutku, o ile w ogóle zostaną one wprowadzone do masowej produkcji.

Bezprzewodowo proszę, do pełna. | (WiTricity)

Idea bezprzewodowego prądu brzmi, jak rodem wyjęta z gatunku science-fiction. Nic bardziej mylnego. Już w XIX w. Nicola Tesla eksperymentował z bezprzewodowym przesyłem energii. Dzisiaj, choć w nieco innej formie, zajmują się tym chociażby naukowcy z MIT, którzy pracują nad programem o wdzięcznej nazwie WiTricity.

WitTricity polega na wytworzeniu pola magnetycznego, które umożliwi zdalne ładowanie naszych telefonów. Dotyczy to tak samo zasilania telewizora czy też laptopa bez obaw o jego rozładowanie. Jedyne, co będzie potrzebne to specjalna stacja wytwarzająca wspomniane pole magnetyczne.

Jak zapewniają twórcy, WiTricity korzysta ze zjawiska rezonansu magnetycznego – dwa obiekty rezonujące w tej samej częstotliwości mogą efektywnie przesyłać między sobą energię, praktycznie nie oddziaływując przy tym na inne przedmioty w swoim pobliżu. Aby zwiększyć odległość, przy której moc jest przekazana skutecznie, urządzenie dostraja odpowiednio częstotliwość drgań rezonujących ze sobą cewek, minimalizując w ten sposób straty energii.

Jak to wygląda dzisiaj? Zdecydowanie cały czas coś się dzieje w temacie (a to już pół sukcesu) – chociażby ostatnio natknąłem się na informację, że WiTricity podpisało umowę licencyjną z firmą CTEK w celu wprowadzenia bezprzewodowego ładowania akumulatorów zarówno w samochodach, jak i motocyklach.

Atomy węgla w natarciu. | (Grafen)

O grafenie (płaska struktura złożona z atomów węgla, połączonych w sześciokąty usłyszeliśmy dobre kilka lat temu, początkowo odnośnie budowy mikroprocesorów (jako alternatywy dla innego materiału – krzemu), a ostatnimi czasy również w kwestii zastosowania grafenu w nowych bateriach i akumulatorach. Nowoczesne ogniwo wzbogacone o warstwę grafenu jest w stanie zmienić strukturę tak, że akumulator / bateria będzie ładowana znacznie szybciej oraz będzie oddawać energię znacznie dłużej, niż ma to miejsce obecnie.

Niestety, proces wytwarzania grafenu jest bardzo kosztowy (przynajmniej póki co). Aby powstały baterie z zastosowaniem grafenu musi najpierw powstać tania metoda wytwarzania tego materiału.

Jeszcze przed rewolucją grafenową czy może już po? | (Czarny fosfor)

Jeszcze człowiek tak naprawdę nie wykorzystał potencjału grafenu, a na horyzoncie już pojawiają się głosy o jego następcy, a dokładniej o czarnym fosforze. Uczeni przeprowadzili również szereg testów i okazało się, że przynajmniej na ten moment czarny fosfor przewyższa grafen swoimi właściwościami. Czarny fosfor może stać się w najbliższym czasie materiałem numer jeden, ponieważ w przeciwieństwie do grafenu posiada tzw. pasmo wzbronione. Pasmo wzbronione (oddziela pasmo walencyjne od pasma przewodnictwa) jest to zakres energii elektronów, w których materiał zmienia się z izolatora w przewodnik – a właśnie to zjawisko przełączania między obydwoma stanami jest podstawą działania tranzystora – musi on być na przemian włączany i wyłączany. Grafen nie posiada go, co jest sporą niedogodnością w kwestii wykorzystania go w elektronice.

Specjaliści w tej dziedzinie stoją na stanowisku, że da się właściwości materiału – czarnego fosforu – dodatkowo poprawić zwiększając jego sztywność, a w przyszłości być może materiał ten da nam rewolucję w elektronice, którą obiecywał grafen.

Papier elektroniczny w smartfonach? |(e-papier)

Technologia papieru elektronicznego użyta została m.in. w różniej maści czytników e-booków. Jak to mniej więcej wygląda myślę, że każdy z Was w mniejszym lub większym stopniu miał okazję poznać.

Co do urządzeń wykorzystujących tą technologię są dobre wiadomości – pojawiły się, jednak póki co wygląda to bardziej na zasadzie testu, niż regularnego montażu „czarno-białych” wyświetlaczy. Jak to zazwyczaj bywa prezentowane rozwiązanie cierpi na wiele chorób wieku dziecięcego i jest zgodne z zasadą: coś kosztem czegoś.

Ostatnio mignął mi filmik prezentujący jedno z takich urządzeń, bodajże „SISWOO R9” – niedostępny u nas – wyposażony w dwa wyświetlacze (z czego jeden to e-papier) przy nienajgorszej konfiguracji. 😉

Nie jest to zresztą pierwsze takie urządzenie – od razu przychodzi mi na myśl chociażby YotaPhone. Czy jest to początek czegoś większego? Pewnie nie, ale pomysł według mnie całkiem interesujący.

A może by tak po prostu ograniczyć zapotrzebowanie na energię?

Pierwsze, co przychodzi na myśl, to stosowanie innowacyjnych technologii. A gdyby tak wprowadzić zmianę podzespołów w celu obniżenia poboru energii?
Takie rozwiązanie zostało już wprowadzone w życie stosunkowo dawno, a co za tym idzie w wielu urządzeniach, a to chociażby za sprawą układu Qualcomm 800, który z jednej strony charakteryzował się wzrostem wydajności przy jednoczesnym zredukowaniu poboru mocy z drugiej. Inną sprawą jest to, że uzyskaną oszczędność z pewnością szybko wykorzystano (w ówczesnym czasie) chociażby w większe ekrany, które wyświetlają obraz w coraz to lepszej jakości.

1, 2, 3, … 120 – naładowane | (StoreDot)

Izraelska firma StoreDot postanowiła pójść w nieco innym kierunku i zaprezentowała technologię, która zamiast wydłużyć żywotność, skróciła czas ładowania akumulatora nawet do 30 sekund.

Na obecnym etapie producent oferuje ogniwo, które można naładować w czasie od jednej do dwóch minut, jego pojemność wynosi niestety 900 mAh, a wielkość baterii jest podobna do podzespołów stosowanych dzisiaj w telefonach. Takie rozwiązanie oznacza, że naładujemy telefon bardzo szybko, ale będzie trzeba tę czynność powtarzać kilka razy dziennie.

W założeniach twórców pierwsze produkty wykorzystujące nowy akumulator mają trafić do sprzedaży w 2017 roku.

Software’owe rozwiązania przychodzą baterii z pomocą | (Stamina)

Aby wydłużyć czas pracy baterii, producenci coraz częściej wykorzystują rozwiązania software’owe. Mają one tak zarządzać modułami łączności, jasnością ekranu czy działaniem procesora, aby pobierały możliwe jak najmniej energii. Jednym z takich rozwiązań jest tryb stamina, zastosowany w niektórych smartfonach Sony Xperia. W efekcie, na jednym ładowaniu, z włączonym trybem Stamina smartfon wytrzymuje zdecydowanie dłużej. Włączenie trybu powoduje wyłączenie niektórych funkcji w momencie, gdy wyłączony jest ekran. Przestają działać tak energochłonne narzędzia, jak transmisja danych, sieć Wi-Fi, większość aplikacji jak również i diody informujące o nadejściu nowej wiadomości tekstowej. Wszystkie te funkcje zaczynają automatycznie działać, gdy tylko zostanie odblokowany wyświetlacz.

Poza wspomnianymi wyżej rozwiązaniami jest jeszcze wiele innych jak np. baterie w sprayu (zawierające płynne składniki baterii litowo-jonowej), ładowanie dźwiękiem czy ładowanie ciepłotą ciała, ale o tych technologiach nie będę się rozpisywał – stanowią one jedynie ciekawostkę. Jeżeli znajdzie się pośród Was ktoś zainteresowany tymi rozwiązaniami to z pewnością znajdzie interesujące informacje w Internecie.

Od A do Z – podsumowanie.

Prawda jest taka, że wiele z obecnych już rozwiązań pozwala na radykalne wydłużenie czasu pracy urządzeń mobilnych. Technologie już są, sęk najprawdopodobniej w tym, że wielkie koncerny nie są póki co nimi nader zainteresowane. Na obecnym etapie, gdzie akumulatory litowo-jonowe są mało pojemne, ale powszechne, korzystają wszyscy – producenci komponentów i półproduktów do baterii jak i producenci gotowych urządzeń wykorzystujących baterie. Wszyscy, oprócz użytkowników końcowych i zapewne (przynajmniej minimalnie) środowiska naturalnego.

Paradoksalnie, grafen czy też czarny fosfor będące materiałami szalenie wydajnymi, stanowią dla tych globalnych firm zagrożenie, bo jeśli zostaną masowo wykorzystywane, to stracą one swoje źródła przychodów. Technologia już jest, brak jest natomiast chęci jej masowego, komercyjnego wykorzystania, przy czym pamiętać należy, że koszty produkcji też mają na to wymierny wpływ.

Na koniec puśćmy wodzę fantazji. Wyobraźmy sobie użycie energooszczędnych podzespołów – układu, wykorzystanie grafenu albo lepiej (podobno) czarnego fosforu z włączonym trybem stamina… na tydzień powinno starczyć. 😉