Baterie a akumulátory
Hledání alternativ

Od použití prvních baterií a akumulátorů v různých přenosných přístrojích uplynula již dlouhá doba. Za tu dobu se tyto důležité součásti staly trvanlivějšími, výkonnějšími a ekologičtějšími. Avšak vývoj jde dále a občas se vrací i zpět.

Výzkumu nových možností napájení našich žravých elektronických přátel se věnuje mnoho firem po celém světě. Snad největší úspěchy jsou slyšet z Japonska, kde najdeme výrobu a výzkum napájecích článků na programu téměř všech společností zabývajících se elektronikou. V Evropě a v USA pracují spíše samostatné výzkumné týmy, vylepšující již existující technologie, které dále prodávají nebo licencují.
Napájecí články lze rozdělit na tři druhy. Primární, to jsou běžné baterie prodávané v obchodech, které se použijí a po vybití se zlikvidují. Sekundární, jinak také akumulátory, se opakovaně vybíjejí a nabíjejí, známe je například z mobilních telefonů a notebooků. Do poslední kategorie jsem zařadil všechny ostatní druhy, které nejsou typickými zástupci ani jednoho z výše jmenovaných druhů. Kapacita článků se udává v ampérhodinách (Ah) při současném udání jmenovitého napětí. Jedna Ah ukazuje, že článek dodá proud o hodnotě jednoho ampéru po dobu jedné hodiny. U trvalých zdrojů se udává maximální proudová zatížitelnost v ampérech.

Tečeme a tečeme
Mnoho z vás si jistě pamatuje baterie v papírových pouzdrech, které se u nás prodávaly před 15 lety. Pokud jste je po vybití nevyndali z přístroje, často vám jej nepěkně "vylepšily". To už se samozřejmě nekoná. Primární články dneška jsou lehčí, mají vyšší hustotu energie na jednotku hmoty a využívají bezpečné a levné materiály.
Příkladem mohou být články firmy Electric Fuel, kombinující zinek se vzduchem, který je získáván z okolí. Její baterie jsou dodávány ve formě nabíječky nebo jako náhrada vybité baterie na jedno použití. Při stejných rozměrech a napětí 3,6 V je nabízena až pětinásobná kapacita (3,3 Ah). Populární jsou také články na bázi lithia, užívané hlavně v přístrojích s nižší spotřebou, jako jsou například hodinky. 
Pro některé aplikace jsou nutné baterie co nejtenčí. Zde přichází firma Power Paper se svými zinkomanganovými bateriemi tenkými půl milimetru. Tyto baterie je možné běžnými postupy natisknout na papír.

Znovu a znovu
V kategorii nabíjecích článků se nejvíce proslavily typy s niklem, dnes většinou nahrazované lithioiontovými, případně lithioiontpolymerovými. Lithium je voleno především pro svou nízkou hmotnost, která je v porovnání s ostatními kovy opravdu jedinečná. Novými kombinacemi materiálů jsou vytvářeny články se strmějšími nabíjecími a vybíjecími křivkami, delší životností či vyšší kapacitou při zachování hmotnosti.
Před nedávnem se i na našem trhu začaly objevovat tzv. alkalické nabíjecí baterie, kombinující velkou kapacitu s možností nabíjení a vysokým jmenovitým napětím jednoho článku (1,5 V). Bohužel s těmito kladnými vlastnostmi se pojí také nutnost speciální nabíječky a výrazně nižší počet opakování nabíjení. 

Alternativy nového věku
Třetí kategorii otevřeme čím dál populárnějšími palivovými články (fuel cell) různých druhů, pracujícími na principu spotřebovávání vhodného paliva při reakci vytvářející elektrickou energii, čisté spaliny (například vodní páru) a teplo. Nejužívanějším palivem je vodík, ale experimentuje se i s metanolem a dalšími uhlovodíky. Palivo je uzavíráno ve výměnných nádržích, které by měly nahradit baterie. Reakční část by byla pevně umístěna v zařízení. Pro svou efektivitu a spolehlivost byly palivové články využívány i ve vesmírných programech Gemini a Apollo. Prozatím je velkým problémem zmenšování palivových článků, kde je potřeba využívat nanotechnologií. Dalším úskalím je nutnost použití drahého plutonia a efektivního chlazení. Zde se velmi angažují například firmy Altair Nanotechnologies, DCH Technology, General Electric či NEC.
Perspektivními se jeví také fotovoltaické neboli solární články, protože při slunném dni dopadá na každý metr čtverečný přibližně 1000 wattů využitelné energie, která je naprosto čistá a zdarma. Fotovoltaika využívají polovodičové přeměny energie fotonů na energii elektrickou. Mezi hlavní nevýhody solárních článků patří nutnost stálého a dostatečného osvětlení, případně akumulátorů kryjících spotřebu ve slabších obdobích. Dalším problémem je relativně vysoká pořizovací cena kvalitních článků, případně i jejich velikost.
Spíše za raritu s nízkým procentem využitelnosti považuji mechanické generátory uchovávající a přeměňující kinetickou energii dodávanou člověkem či zvířetem na energii elektrickou. V tomto oboru se angažuje například firma FreePlay, jež vyrábí svítilny, rádia či nabíječky na kličku vycházející z principu natahovacích hodinek.
Dalším druhem jsou zařízení vytvářející na základě různých jevů kinetickou energii snadno přeměnitelnou v tolik žádanou energii elektrickou. Příkladem je využití hluboce chlazeného (-196 stupňů Celsia) tekutého dusíku zahřívaného okolním vzduchem, čímž lze vytvořit mechanický tlak podobný jako u spalovacího motoru. Podobně lze akumulovat a později využít energii stlačeného vzduchu pohánějícího miniaturní turbínu. Velká budoucnost je přikládána také principu setrvačníku, kdy je speciální disk elektromagneticky roztočen do velmi vysokých otáček a následně je mu tato kinetická energie stejným způsobem odebírána. Problémem tohoto principu je náročnost konstrukce setrvačníku s minimálním odporem.
Osvědčenou, avšak v malém měřítku zatím těžko využitelnou je energie uvolňovaná při štěpení atomu. Dalším problémem této technologie je bezpečnost, neboť asi málokdo z nás si dokáže představit nošení svého příručního Černobylu, byť jen s miligramy uranu.
Mezi novinky, na jejichž použití si ještě počkáme, můžeme zařadit zdroj napájení firmy Applied Digital Solutions, který využívá tepla vytvářeného lidským tělem. Tento zdroj má sice velmi malou proudovou zatížitelnost (kolem 10 mikroampérů), avšak jeho přínos je obrovský. Princip funkce je založen na reakci keramického materiálu na teplotu. Zdroj je absolutně čistý a bezporuchový, neboť neobsahuje chemikálie ani mechanické součásti.
Ve vzdálenější budoucnosti se možná setkáme s bakteriologickými zdroji energie, jimž ráno dáme příslušnou dávku potravy a ony nám budou po celý den vytvářet potřebnou energii. Ještě vzdálenější budoucnost může přinést využití antihmoty pro vysoce efektivní generování energie.
Většina z těchto nových způsobů napájení je vyvíjena především pro ekologické automobily. Aby však byl jejich výzkum rychleji zaplacen, jsou miniaturizovány a přizpůsobovány i pro použití v elektronických zařízeních běžné potřeby.

Michal Novák

infotipy
Electric Fuel - http://www.electric-fuel.com
Applied Digital Solutions - http://www.adsx.com
FreePlay - http://www.freeplay.net
Altair Nanotechnologies - http://www.altairtechnologies.com
DCH Technology - http://www.dcht.com
Power Paper - http://www.powerpaper.com