Telefons, kas agrāk bez problēmām izturēja visu dienu, pēc
vairākiem lietošanas gadiem jau prasa daudz biežāku uzlādi. Litija jonu
baterijas laika gaitā zaudē daļu savas kapacitātes, un šo procesu ietekmē gan
elektroķīmiskie procesi baterijas iekšienē (elektrolīta sadalīšanās, elektrodu
materiālu degradācija u.c.), gan mūsu ikdienas paradumi. Baterijas iekšējo
procesu izpēte ir daļa no daudz plašāka zinātniska jautājuma – kā enerģiju
efektīvāk saražot, droši uzglabāt un izmantot lietderīgāk dažādos mērogos,
sākot no telefona mūsu kabatā līdz pat lielapjoma enerģijas uzkrāšanas
sistēmām.

“Patiesībā aiz visām ikdienišķajām lietām stāv pētnieku
darbs daudzu gadu garumā. Kad mājās ieslēdzam gaismu vai uzliekam lādēties
telefonu, aiz tā “slēpjas” zinātnieki, kas savā ikdienā pēta bateriju
materiālus jaunu un efektīvu bateriju izstrādei, kā arī meklē veidus, kā
novērst vai vismaz samazināt enerģijas zudumus elektrotīklā, pētot
elektroenerģijas ražošanas procesus” skaidro Ināra Ņesterova, Latvijas
Universitātes Cietvielu fizikas institūta pētniece.

Visbiežāk ikdienā sastopamies ar litija jonu baterijām, kas
ļauj darboties mūsu viedtālruņiem, datoriem un elektroauto. Komerciāli tās sāka
izmantot 1991. gadā, lai gan pētījumi aizsākās jau 70. gados un tikai 2019.
gadā par litija jonu bateriju izstrādi tika piešķirta Nobela prēmija ķīmijā.
Bateriju pētniecība ir viena no jomām, kur zinātne turpina attīstīties arī
šodien. Litija jonu baterijas, kas darbina mūsu telefonus, datorus, bezvadu
ierīces un elektroauto, sabiedrībai pieejamas jau vairāk nekā 30 gadus, taču to
attīstība nav apstājusies.

<h2>Kāpēc baterijas ar laiku zaudē ietilpību?</h2>

Ikviens, kurš telefonu lietojis vairākus gadus, ir
pieredzējis, ka ar laiku tas starp uzlādes reizēm darbojas arvien īsāku laiku
un baterijas ietilpība vairs nav tik liela kā pirmajos telefona lietošanas
mēnešos. Tā nav tikai ierīces novecošanās, to izraisa arī ķīmiski
procesibaterijas iekšienē.

“Lai gan litija jonu baterijas ir paredzētas daudziem
uzlādes-izlādes cikliem, ar laiku elektrodu materiāli baterijā slodzes dēļ var
sākt plaisāt un zaudēt materiālu struktūru, kā rezultātā daļa aktīvo litija
jonu var kļūt nepieejami. Tas nozīmē, ka ierīce starp uzlādes reizēm darbojas
īsāku laiku un baterijas veiktspēja vairs nav tāda pati kā pirmajos lietošanas
gados,” skaidro pētniece.

Baterijas kalpošanas laiku būtiski ietekmē arī lietošanas
paradumi. Litija jonu baterijām nav nepieciešams gaidīt, līdz tās pilnībā
izlādējas. Regulāra izlāde līdz minimumam rada paaugstinātu elektroķīmisko
slodzi uz elektrodu materiāliem un var paātrināt baterijas kapacitātes
zudumu. 

Karstums baterijai nav draudzīgs – ierīces atrašanās augstā
temperatūrā var paātrināt tās novecošanos. Savukārt aukstumā baterijas spēja
nodrošināt enerģiju īslaicīgi samazinās, tāpēc ziemā telefons var izlādēties
šķietami ātrāk. 

Svarīgi gan atcerēties, ka ilgstoša un regulāra atrašanās
zemā temperatūrā var nelabvēlīgi ietekmēt baterijas veiktspēju un paātrināts
tās ietilpības samazināšanos. Tāpēc viens no galvenajiem pētniecības
jautājumiem ir, kā radīt materiālus, kas ļautu baterijām saglabāt savas
sākotnējās īpašības ilgāk. 

Baterijas darbību nosaka ne tikai litijs, bet arī materiāli,
no kuriem veidoti tās elektrodi. Tieši katoda un anoda materiālu īpašības
ietekmē, cik daudz enerģijas baterija spēj uzkrāt, cik ātri to iespējams
uzlādēt un cik ilgi tā kalpos. Telefonu baterijas tiek ražotas īpaši tīrās
telpās, kur elektrodu slāņi ir no 50 līdz 200 mikrometriem biezi, savukārt
separatoru slāņi ir plānāki par cilvēka matu. Šāda precizitāte ir nepieciešama,
lai nodrošinātu drošu un efektīvu baterijas darbību.

<h2>Kāpēc nevar vienkārši radīt jaudīgāku bateriju?</h2>

No malas risinājums var šķist vienkāršs – vajag bateriju ar
lielāku ietilpību. Taču praksē, uzlabojot vienu baterijas īpašību, var tikt
ietekmētas citas. Tāpēc zinātniekiem jāmeklē līdzsvars starp enerģijas
ietilpību, jaudu, drošību, kalpošanas ilgumu, uzlādes ātrumu un izmaksām.

“Ideālā pasaulē mēs gribētu bateriju, kas vienlaikus uzkrāj
ļoti daudz enerģijas, uzlādējas nemanāmi, kalpo ilgi, ir droša un finansiāli
izdevīga. Diemžēl realitātē vienas īpašības uzlabošana bieži vien ietekmē
citas, jo baterijā viss ir cieši saistīts. Piemēram, ātra uzlāde, pēc kuras
tiecamies, rada lielāku siltumu baterijas iekšienē, kā rezultātā bateriju
materiāli ātrāk noveco, bet, ja vēlamies lielāku baterijas kapacitāti, bieži
nākas izmantot sarežģītākas kompozīcijas, kas sadārdzina gala produktu. Mērķis
ir visus šos aspektus optimizēt un iegūt zelta vidusceļu, līdzsvarojot gan
uzlādes ātrumu, gan kapacitāti, gan citus kritērijus, tādējādi sarežģot
bateriju pētniecību vēl vairāk,” uzsver Latvijas Universitātes Cietvielu
fizikas institūta pētniece Ināra Ņesterova.

<h2>No telefona baterijas līdz enerģijas uzkrāšanai mūsu mājās</h2>

Bateriju nozīme nebeidzas ar telefonu, datoru vai
elektroauto. Tas pats jautājums, kā enerģiju uzkrāt un izmantot īstajā brīdī,
kļūst arvien nozīmīgāks arī plašākā energosistēmas kontekstā, kur pieaug
atjaunojamo energoresursu, jo īpaši saules un vēja enerģijas, loma.

Viens no lielākajiem izaicinājumiem ir tieši laikapstākļu
mainīgums - saule nespīd visu diennakti, un vēja stiprums pastāvīgi mainās,
tāpēc elektroenerģijas ražošana no šiem avotiem nav vienmērīga. Tas nozīmē, ka
svarīgs kļūst ne tikai jautājums, kā enerģiju saražot, bet arī kā to saglabāt
brīdim, kad tā būs nepieciešama. Ja enerģiju iespējams saglabāt brīžos, kad tās
ir vairāk, un izmantot tad, kad ražošana samazinās vai pieprasījums pieaug,
varam veidot stabilāku, efektīvāku un mazāk atkarīgu enerģijas sistēmu. Tieši
tāpēc enerģijas uzkrāšanas tehnoloģijas, tostarp baterijas, kļūst par vienu no
būtiskākajiem risinājumiem pārējā uz atjaunojamajiem energoresursiem.

Efektīva enerģijas izmantošana ilgtermiņā var palīdzēt
samazināt izmaksas, jo mazāki enerģijas zudumi nozīmē efektīvāku pieejamo
resursu izmantošanu. Tomēr gala cenu ietekmē ne tikai tehnoloģiju attīstība,
bet arī tirgus svārstības, infrastruktūras uzturēšanas izmaksas, nodokļi un
citi aspekti. Saražot vairāk vai lētāk nav vienīgais nākotnes enerģētikas
izaicinājums. Tikpat svarīga ir arī gudrāka sistēmas pārvaldība – no enerģijas
uzkrāšanas līdz tās piegādei lietotājam.

“Mums ir svarīgi meklēt risinājumus, kā saražoto enerģiju
uzkrāt brīžos, kad tās saražots vairāk, un izmantot vēlāk, kas nozīmē mazāku
atkarību no elektrības cenu svārstībām un stabilāku elektroapgādi,” skaidro
Ināra Ņesterova.

Mobilie telefoni

Informācijas tehnoloģijas

Latvijas Universitāte (LU)

Zinātne

Sabiedrība

Telefons, kas agrāk bez problēmām izturēja visu dienu, pēc vairākiem lietošanas gadiem jau prasa daudz biežāku uzlādi. Litija jonu baterijas laika gaitā zaudē daļu savas kapacitātes, un šo procesu ietekmē...

Kāpēc telefona baterija ar laiku ātrāk izlādējas? Skaidro tehnoloģiju pētniece

1188.lv

Tev varētu patikt

Ielādējam...