A jövő trendjei az akkumulátorok terén - Milyen lesz a jövő akkumulátora?

2022.05.31 0 hozzászólás 315 olvasás
A jövő trendjei az akkumulátorok terén - Milyen lesz a jövő akkumulátora?

Te elégedett vagy a telefonod akkumulátorával? Mennyire fontos számodra a telefonod üzemideje? Számunkra ez az egyik legfontosabb, úgyhogy utánajártunk, milyen fejlesztések és új technológiák várhatóak a jövőben az akkumulátorokkal kapcsolatban.

Minden hasznos infót összeszedtünk, amik hiteles képet festhetnek a jövő akkumulátorairól. Ha szeretnél képben lenni, hogy milyen lehet a jövő akkumulátora, akkor ebben a cikkben sok hasznos infóra lelhetsz.

Kezdjük egy rövid áttekintéssel, hogyan is működnek a most is használatban lévő akkumulátorok.

Az akkumulátorok fejlődése és működése

Az akkumulátorok elektromos energiát tároló berendezések, amelyek töltéskor a beléjük vezetett elektromos energiát vegyi energiává alakítják át, hiszen ebben a formában huzamosabb ideig tudják azt tárolni. Használat közben pedig ezt a vegyi energiát alakítják vissza elektromos energiává.

Az egyenáramnak az elektrolittal érintkező ólomlemezekre gyakorolt hatását a XIX. századba fedezték fel. Wilhelm Josef Sinstened volt az első, aki rámutatott arra, hogy az elektrolitba merített ólomlemezek vegyi reakciója villamosenergia-tárolásra alkalmas közeget hoz létre.

Az első akkumulátorokat a francia Gaston Planté hozta létre 1859-ben. Az akkumulátor lemezeit ólomból készült csíkokból állította elő, majd kénsavba mártva egyenárammal többször feltöltve és kisütve aktív anyagot hozott létre.

Az első akkumulátorok csak kis mennyiségű energiát tudtak tárolni, így a sikeres felhasználás érdekében növelni kellett a tárolási kapacitást. Ez volt az igazán nagy kihívás az akkumulátorokkal foglalkozó tudósok körében.

Gaston Planté akkumulátora

(kép forrása: lindahall.org)

Henri Tudor 1881-ben azzal növelte a kapacitást, hogy a sima felületű lemez helyett apró rácsozatú lemezeket használt. A lényeg az volt, hogy a savban lévő lemezek felületét kellett növelni, hiszen ezzel nőtt az akkumulátor tárolási kapacitása is.

Emellett a töltéshez szükséges elektromos energiát is csökkenteni kellett, hogy gazdaságos legyen tölteni az akkumulátorokat. Ezt úgy érték el, hogy az elektrolitba különféle oxidokat adtak, csökkentve ezzel a szükséges elektromos energiát.

Az első akkumulátorok csak néhány tized Ah (amperóra) tárolására voltak képesek, ma azonban már több ezer Ah-s akkuk is léteznek.

És mi a helyzet az okostelefonok akkumulátoraival?

Miért fontos az akkumulátor a telefonok esetében?

Az okostelefonok lítiumion-akkumulátort használnak. Ezekben a telepekben a töltések tárolásáról a títiumionok gondoskodnak. Ahogy minden akkumulátor esetében, úgy a lítiumion akkuk élettartama is véges. Ezek az akkumulátorok meghatározott töltési ciklussal rendelkeznek. Egy töltési ciklus az, amikor az akku teljesen lemerül, tehát elhasználja a teljes töltöttségét.

Minden alkalommal, amikor elhasznál egy ciklust, csökken az akkumulátor töltéstároló kapacitása. Az okostelefonokban lévő akkuk esetében jelentős mértékben befolyásolható az élettartam a megfelelő töltési módszer betartásával.

De miért érdemes vigyázni a telefonod akkujára?

Az akkumulátor talán a legfontosabb alkatrész az okostelefonban a processzor mellett, hiszen ez biztosítja az energiaellátást az összes alkatrész számára. Egy jól működő akkumulátor pedig alapfeltétele a jól működő telefonnak.

Okostelefon vezeték nélküli töltőn

(kép forrása: unsplash.com)

Minél nagyobb egy telefon akkumulátora, annál tovább tud működni egy töltéssel a telefon. Persze az akku méretét alapjában meghatározza magának a készüléknek a mérete. A nagyobb telefonokba ennélfogva nagyobb akkumulátorok is kerülnek.

Mely alkatrészek használják a legtöbb energiát?

1. A kijelző

Az egyik legtöbb energiát a telefon kijelzője használja, hiszen ez folyamatosan működésben van, mármint amikor éppen használjuk a telefont. (Természetesen ha csak zenét hallgatunk és a telefon a zsebünkben van, akkor nem fogyaszt annyit.)

A kijelzők – bár egyre több készülék használ LED-kijelzőt, amiknek alacsonyabb a fogyasztása – még mindig az egyik legtöbb energiát fogyasztják.

Jelentősen befolyásolja ezt például a kijelző fényereje, amit nit mértékegységben szokás megadni. (A nemrég megjelent Samsung Galaxy S22 Ultra például egy 1750 nites kijelzőt kapott, ami roppant magasnak tekinthető.)

2. A telefon processzora és alaplapja

Az alaplap, és rajta a processzor felel lényegében a telefon működéséért, így természetesen ezek az alkatrészek is fogyasztják az elektromos energiát.

És hogy milyen mértékben?

A processzor az igazán lényeges itt, hiszen ennek az alkatrésznek a gyártási technológiája is óriási mértékben befolyásolja a fogyasztást. Az egyre korszerűbb processzorok nemcsak a teljesítményben javulnak, hanem a fogyasztásuk is egyre alacsonyabb. Az IBM 2 nm-es technológiával gyártott processzoráról szóló cikkünkben többet is megtudhatsz erről.

3. A kamerák is sokat fogyasztanak

Az okostelefonok egyik legjobban fejlődő alkatrésze még ma is a kamera. Érthető, hogy a fejlesztők nagy hangsúlyt fektetnek erre, hiszen rengetegen használják a telefonjukat fotózásra. Vannak olyan okostelefonok, amelyek akár alternatívát is jelenthetnek egy fotózással vagy videózással foglalkozó szakember számára, ami egészen elképesztő fejlődést jelent.

A kamerák azonban szintén olyan alkatrészek, melyen gyakori használat mellett képesek jelentős energiát felhasználni a telefon akkumulátoráról. Több kamera pedig még több energiát fogyaszt, a mai csúcskészülékek pedig már sokszor 4 vagy 5 kamerával is rendelkeznek.

Kamerák egy iPhone-on

(kép forrása: unsplash.com)

És hogy mi fogyaszt a legtöbbet?

4. Az alkalmazások és játékok

Természetesen az okostelefonra telepített játékok, programok, alkalmazások fogyasztják a legtöbb energiát. Igaz, ezek nem alkatrészek, de mégis érdemes megemlíteni őket, hiszen jelentősnek tekinthetőek a fogyasztást illetően.

A játékok kifejezetten sokat esznek, hiszen játék közben a kijelző és a hangszórók is folyamatos használat alatt vannak, ráadásul ilyenkor a processzor is magasabb terhelést kap, amihez értelemszerűen több energiára is van szüksége. Nem véletlen az, hogy a legtöbb gamer okostelefon kifejezetten nagy akkumulátorral rendelkezik.

Most pedig nézzük meg, az utóbbi időben milyen irányban fejlődtek az okostelefonok akkumulátorai.

Mik voltak az utóbbi idők fejlesztései az akkuk terén?

Az akkumulátorok terén nem történtek jelentős változások. A működési elv lényegében semmit nem változott, maximum a felhasznált anyagok változtak meg, illetve azok minősége.

Az első valóban működő Li-ion akkut 1991-ben mutatták be, és a technológia igen hamar meghódította a mobiltelefonok világát. A 2000-ben forgalomba kerülő, mindenki számára ismerős Nokia 3310 is már Li-ion akkumulátorral volt szerelve, tehát nem túlzás azt mondani, hogy a technológia már több mint 20 éve jelen van az okostelefonoknál.

Noki 3310

(kép forrása: wired.com)

De akkor miben tudott fejlődni a telefonok akkuja?

1. A méret a lényeg?

A mérnökök számára legjobban járható út az akku méretének növelése volt. Ennek nyilván gátat szab a készülékek mérete, hiszen – bár egyre nagyobb és nagyobb telefonok jelennek meg – van egy határ, amíg telefonnak nevezhetünk egy eszközt. Ha túl nagy, akkor az már inkább egy táblagép, amivel telefonálni is tudunk. (Véleményem szerint addig beszélhetünk telefonról, amíg egy felnőtt ember nadrágjának zsebében elfér a készülék.)

Persze a kapacitás növelése azért is szükséges volt, mert az egyre több elérhető funkció is egyre több energiát igényelt. A kijelzők és kamerák rohamos fejlődése magával hozta az akkuk méretének szignifikáns növekedését is.

Ma már vannak 6000 mAh-s akkumulátorok is, amivel akár 2-3 napig is működni tud az adott készülék. Az akku méretének azonban – ahogy korábban említettem – a telefon mérete miatt van egy felső határa, aminél nagyobbat nem tudnak majd a mérnökök létrehozni.

2. Vezeték nélküli töltés

Egy másik jelentős fejlesztés volt az utóbbi években egyre több készüléknél megjelenő vezeték nélküli töltés. Bár a vezeték nélküli töltés jóval lassabb, mint a hagyományos vezetékes töltés, ahol a régi 5-10W helyett már akár 60-80W-os teljesítménnyel is tölthetőek a telefonok.

Vezeték nélküli töltés logó

(kép forrása: unsplash.com)

A vezeték nélküli töltés előnyei:

  • Nem kell a vezetékkel bajlódni
  • Fordított vezeték nélküli töltés funkció (ezzel a telefonunkról adhatunk energiát egy másik eszköznek)
  • Nem melegszik túl a készülék töltés közben
  • Univerzális kompatibilitás

És most pedig nézzük, hogy a jövőben milyen újítások várhatóak az akkumulátorokkal kapcsolatban.

Milyen irányba fejlődhetnek az akkumulátorok a jövőben?

1. Több akkumulátor egy telefonban?

Bár ez már egy több gyártó által is használt technológia, de a jövőben akár még jobban ki lehet használni ezt a területet.

A lényeg az, hogy az okostelefonba – mint például a OnePlus 9 – nem egy nagy, hanem több kisebb akkumulátort szerelnek. Ezzel a módszerrel akár a kapacitás is növelhető, hiszen ha több kisebb akku kerül a telefonba, akkor úgy is el lehet rendezni azt a házban, hogy ott is elférjen egy kisebb telep, ahova a nagy akku nem illeszthető be.

A OnePlus 9-ben például két kisebb akkumulátor van, és mivel a kisebb akkumulátor töltése értelemszerűen gyorsabb mint egy nagy telepé, így lényegében gyorsabban tölthető a telefon. A OnePlus 9 például 4500mAh kapacitással rendelkezik, és 65W-os gyorstöltővel a gyártó szerint 0-ról 100%-ra tölthető 29 perc alatt. Ez azért elég jó dolog, ugye?

OnePlus 9

(kép forrása: phonearena.com)

2. Hosszabb élettartamú akkumulátorok?

Egy másik lehetséges fejlődési vonal az akkumulátorok élettartamának a megnövelése. A jelenleg használt Li-ion akkumulátorok meghatározott ciklusszámmal rendelkeznek, és ha ez úgymond elfogy, akkor az akku tárolóképessége jelentősen romlani kezd.

Egy okostelefon akkuja átlagosan 300 ciklussal rendelkezik. Ezt meghaladva körülbelül 70-80%-os lesz az akku kapacitása, ami már komoly romlásnak tekinthető, ebben az állapotban már cserélni kell azt.

És hogy mi lesz erre a megoldás?

A Japan Advanced Institute of Science and Technology kutatói olyan akkumulátor létrehozásán dolgoznak, ami 95%-os élettartamú marad több mint 5 éven keresztül.

Mindezt egy új kötőanyag, a bisz-imino-acenaftenekvinon-parafenilén segítségével próbálják elérni. Ennek a kimondhatatlan nevű anyagnak köszönhetően olyan akkumulátorokat hoznak létre, amely 95%-on tartja a töltéstároló kapacitást. Ennek köszönhetően akár 1700 újratöltés is kivitelezhető lesz jelentős kapacitás-csökkenés nélkül.

3. Teljesen új típusú akkumulátorok

Az sem elképzelhetetlen, hogy teljesen új technológiákat hozzanak létre a kutatók, amik alapjaiban változtathatják meg a energiatárolás szabályait.

Évtizedek óta tudjuk, hogy a fenntartható fejlődés kulcsa a megújuló energiák használata. Ezeknek az energiaforrásoknak a használata sokkal kevesebb – vagy akár közel nulla mennyiségű – károsanyag kibocsátással jár, így az ökológiai lábnyomuk is kisebb lesz.

Az egyik legnagyobb akadály azonban a megújuló energiák tárolása. Ráadásul a tárolók létrehozása szintén roppant káros, úgyhogy a megújuló energiákat sem tekinthetjük teljesen emissziómentesnek.

És milyen új típusú akkumulátorok jelenthetik a megoldást?

Az Ausztráliában lévő Monash Egyetemen például egy olyan új, lítium-kén alapú akkumulátort hoztak létre a kutatók, amely elmondásuk szerint sokkal olcsóbban előállítható, ráadásul kevesebb károsanyag is keletkezik a gyártás során. Ezzel a lítium-kén alapú okostelefon akkuval – a kutatók ígérete alapján – akár 5 napig is bírni fogja a telefon egy töltéssel. (Ez a technológia egyébként új szintre emelheti az elektromos autók hatótávolságát is, hiszen sokszorosára nőhet a mai hatótáv. )

A kén jellegzetes sárga színe

(kép forrása: thoughtco.com)

A Prieto Battery vállalat még egy lépéssel tovább ment: ők nem csak hosszabb élettartamot, hanem sokkal gyorsabb töltést is ígérnek. Az általuk készített akkumulátorban rézhab tárolja a töltést, és a hagyományos akkumulátorokhoz képest akár 60-szoros belső felülettel rendelkezhet.

A cég azt állítja, hogy olyan okostelefon-akkut tudna létrehozni, ami 10 órán át használható és mindössze 5 percig kell ehhez tölteni. Ez elég durva kijelentés, de nem áll szándékomban kétségbe vonni a tudósok eredményeit. Izgatottan várom ezeket az akkumulátorokat.

4. Szuperkondenzátorok

A szuperkondenzátorok – vagy más néven elektromos dulparéteg kondenzátorok – olyan energiatárolók, amiben a hagyományos energiasűrűség más kapacitások több mint ezerszerese.

Ezek az akkumulátorok nem kémiai úton, hanem elektrosztatikusan tárolják az energiát. Ez azért jó, mert így sokkal gyorsabban tudják felvenni és leadni az energiát. Akár 1000-szer gyorsabban is tud töltést átadni, ami mondjuk egy okostelefon esetében azt jelenti, hogy egy pillanat alatt töltenénk fel a telefon akkumulátorát.

A hátrányuk az, hogy kisebb mennyiségű energiát lehet velük tárolni. Tehát lényegében a telefonban kisebb kapacitású akkuk lennének, viszont cserébe egy pillanat alatt fel lehetne tölteni. Szerintem ez egy jó koncepció, bár ha hosszabb ideig olyan helyen tartózkodunk, ahol nem lehet tölteni, akkor az okozhat problémákat.

5. Grafén, az akkuk Szent Grálja

Ha a jövő új akkumulátor-technológiáiról van szó, akkor nem lehet kihagyni a beszélgetésből a legizgalmasabb irányt, amit a grafén felhasználása ígér.

A grafén a szén egy nanoszerkezetű allotrop módosulata, egy egyetlen atom vastagságú grafitréteg, melyet méhsejtrácsos elrendezésben álló szénatomok alkotnak.

Ezek a grafénlapok olyan hasznos és nagyszerű tulajdonságokkal rendelkeznek, amelyek teljesen új dimenziókat nyithatnak az akkumulátorok terén.

A grafén előnyei:

  • rendkívül jól vezeti az elektromosságot és a hőt
  • nagy a szilárdsága
  • a szilárdság ellenére is rugalmas
  • könnyű

És hogy milyen akkumulátort lehet ebből készíteni?

A grafén-alapú akkumulátorokban a cellák sokkal gyorsabban tölthetőek, mint a hagyományos Li-ion akkumulátorokban. Emellett sokkal vékonyabbak és könnyebek is lehetnek ezek az akkuk, így – mivel nyilván több rétegben is lennének egy akkuban – sokkal nagyobb lenne a kapacitás is.

Grafén szerkezeti rácsa

(kép forrása: clubic.com)

Ráadásul előnyös hővezetési képessége miatt kevésbé melegedne is a grafénból készült akkumulátor, amivel az élettartama is nőne, emellett pedig az okostelefon többi alkatrészét is kevesebb hő érné, ami szintén roppant előnyös lenne.

És hogy hol a buktató?

Természetesen ott, hogy már évek óta hallani a grafén fantasztikus tulajdonságairól, de egyelőre nem rukkolt még elő senki egy ilyen akkumulátorral. Ennek oka pedig az, hogy elképesztően drága az előállítása, sokszorosa annak, amennyi hasznot termelne.

Ez azt jelenti, hogy a gyártóknak nem éri meg ilyen akkumulátorral dolgozni. Amíg azonban a multinacionális cégek nem változtatnak a hozzáállásukon, addig nem is lesz grafén alapú akkumulátor a telefonunkban. Ehhez ugyanis a vállalatoknak be kellene látniuk, amit nem akarnak: a profit maximalizálása és annak mindennél fontosabb mivolta egy olyan jövő felé terel bennünket, amiben nem az lesz a kérdés, hogy milyen akkumulátor lesz a telefonunkban, hanem az, hogy lesz-e élhető terület a bolygón és jut-e étel mindenkinek.

Semmi sem bizonyítja jobban ennek a jövőnek az eljövetelét, mint az, hogy már ma sem jut mindenki ételhez, a fejlett országokban pedig elképesztő túltermelés van és kidobjuk az ételt amit nem tudunk, vagy ami még rosszabb, nincs kedvünk elfogyasztani.

Te melyik irányt tartod a jobbnak? Az óriási kapacitású vagy az extra gyorsan tölthető akkumulátort? Válaszodat írd meg kommentben és oszd meg a cikket, hogy mások is el tudják olvasni.