Nuklearna energija se već koristi u baterijama u pejsmejkerima i svemirskim satelitima, tako da one mogu biti bezbedne, prema Kwonu, vanrednim profesorom elektrotehnike i inženjerstva na Univerzitetu u Misuriju.

Njegova inovacija se ne odnosi samo na veličinu baterije već i na upotrebljeni poluprovodnik. Kwonova baterija koristi tečni poluprovodnik umesto čvrstog.

“Kritični deo korišćenja radioaktivne baterije je da deo radioaktivne energije može oštetiti strukturu rešetke čvrstog poluprovodnika,” kaže Kwon. “Korišćenjem tečnog poluprovodnika, verujemo da možemo minimizovati taj problem.”

Kwon je u saradnji sa J. David Robertsonom, koji je profesor hemije i pomoćnik direktora u MU Researcg Reactor. Oni zajedno rade na izradi i testiranju baterije u toj ustanovi. U budućnosti, oni se nadaju da će povećati snagu baterije, smanjiti veličinu kao i probati sa različitim ostalim materijalima. Kwon tvrdi da baterija može biti tanja od vlasi ljudske kose.

Kwonovo istraživanje je objavljeno u Journal of Applied Physics Letters i u Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry.

Iger tvrdi da cink-vazduh tehnologija može obezbediti do tri puta duži vek upotrebe od konkuretnih tehnologija. Ralog leži u konstrukciji cink-vazduh ćelije. Alkalne ćeline imaju relativno tanku katodu u poređenju sa anodom. Cink-vazduh ćelija, nasuprot tome, treba samo tanku membranu. “To znači da postoji duplo veća anoda i ovo, zajedno sa drugim efikasnim rešenjima, pruža duži rad u poređenju sa baterijama slične zapremnine.”

Enerdžajzer planira da startuje proizvodnju PP355 ove godine. Uređaj radnog napona 1.4V će imati dimenzije samo 32.2 x 14.7 x 5 mm – slične debljine kao i Li ion. Planirana su još druga dva uređaja. Enerdžajzer veruje da će primarne baterije biti pogodnije za neke aplikacije od punjivih. “Sve zavisi od aplikacije i kako se uređaj koristi, ali primarne baterije imaju više smisla.”

Jedno pitanje na kojem Enerdžajzer radi sa svojim OEM partnerima je rešavanje upravljanje vazduhom. Kako raste potrebna snaga iz baterija, proporcionalno raste i potreba za vaduhom koji se koristi. U ovoj tehnologiji veliki broj vazdušnih rupa se primenjuje na većoj površini baterije. U nekim aplikacijama, traka se može ukloniti iz ovih rupa i na taj način uključiti bateriju. “Ali izlaganje okolini degradira performanse i, jednom kad se traka ukloni, baterija će trajati oko mesec dana,” napominje Iger.

Međutim, Enerdžajzer razmatra dva pristupa. Jedan je kontrola protoka vazduha postavljanjem pene na vazdušne rupe. Drugi pristup je ventilsko upravljački sistem. “On bi se mogao elektronski kontrolisati ili koristiti klizni prekidač,” tvrdi Iger.

Interest za litijum metal-vazduh baterijama je porastao poslednjih nekoliko godina, zajedno sa zahtevom za laganijim izvorima energija za uređaje od hibridnih vozila do lapotopova. U litijum-jon baterijama, elektrode su napravljene od materijala poput grafita, dok kod litijum-metal baterija, anoda je celokupno napravljena od litijum metala, a okolni vazduh se ponaša kao katoda.

Litijum-metal baterije se približavaju po gustini energije gorivim ćelijama bez potrebe za spoljnim dovođenjem goriva; u teorijim maksimalna gustina je preko 5000Wh/kg ili više od 10 puta od današnjih litijum-jon baterija. Litijum metal-vazduh baterije su takođe veoma lagane zato što ne moraju imati drugi reaktant. Litijum metal je “Sveti Gral u baterijskim materijalima,” kaže Stiven Visko (Steven Visco), šef tehničkog odeljenja i osnivač PoliPlus kompanije.

Korišćenje litijum metala kao elektrode se, međutim, pokazalo problematično, uglavno iz razloga što materijal reaguje brzo i nasilno sa vodom. “Ljudi su razmišljali od litijum-vazduh baterijama decenijama, ali uvek postoji voda u vazduhu,” kaže Visko. Izloženost čak i tragovima vode rapidno degradira materijal.

PoliPlus je rešio ovaj problem razvijanjem, kako kompanija naziva “zaštićene litijum elektrode.” Uređaj se sastoji od ravnog, četvrtastog parčeta litijum metala obloženog sa obe strane sa keramičkim elektrolitskim materijalom nazvanim lisikon (lisicon). Čvrsti elektrolit je neprobojan za vodu ali propušta litijumske jone. Drugi premaz štiti elektrolit od reakcije sa litijum metalom. Na kraju, ivice uređaja su zapečaćene sa aluminijum-polimer laminatom sličnim kesi za čips. Laminat obezbeđuje zaštitu od vode, fleksibilan je i ne stvara naprezanje kad se elektroda širi pri upotrebi.

Kad se litijum-metal elektroda stavi u vodu, litijumski joni cure napolje i reaguju sa kiseonikom rastvorenim u vodi ili sa samom vodom. Da bi se napravila litijum metal-vazduh baterija, uređaj se puni sa gas-difuzionim elektrodama sličnim onima koje se koriste u cink metal-vazduh baterijama. Kada se baterija uključi, elektroda uvlači kiseonik kroz membranu radi reakcije sa litijumskim jonima. Ali za razliku od cink metal-vazduh baterija, ovi uređaji se neće samoisprazniti tokom vremena. “Možete ostaviti bateriju na polici mesecima i očekivati da i dalje radi zato što postoji membrana koja je štiti,” kaže Visko. A budući da je bazirana na visokoenergetskom litijum metalu, ove baterije traju duže i snažnije su od cink-vazduh baterija.

PoliPlus trenutno testira litijum metal-morska voda baterije zajedno sa Istraživačkim Institutom Monterej Bej Akvarijum (Monterey Bay Aquarium Research Institute, MBARI) radi utvrđivanja da li mogu da izdrže realne uslove rada. Jedna od briga je da li će se mikroorganizmi iz okeana razvijati na površini baterije i uticati na rad, iako su preliminarni testovi pokazali dobre rezultate.

Litijum-metal baterije imaju potencijal da se koriste za podvodne aplikacije, kaže Džejms Belingam (James Bellingham), načelnik tehnolog u MBARI. Najveći deo istraživanja okeana se nalazi u blizini obale iz razloga što, kako Belingam kažem “u okeanu nema utičnica” za punjenje autonomnih podvodnih vozila koje patroliraju morima. Energetski gušće baterije bi omogućile mnogo bolji pregled efekata promene klime na planetu, kaže Belingam.

“U poređenju sa postojećim tehnologijama korišćenim u električnim vozilima, plan je da se poveća radijus kretanja najmanje 5 do 10 puta,” za istu veličinu akumulatora, kaže Tomas Veber (Thomas Weber), glavni izvršni direktor filijale BASFa nazvane BASF napredna poslovanja. Drugi eksperti kažu da je mnogo razumnije očekivati trostruko poboljšanje, ali da bi i to bio impresivan skok u performansama. Veber tvrdi da će BASFova stručnost u materijalima pomoći Sion Paueru da dodatno poboljša svoju tehnologiju i ubrza vreme do pojavljivanja na tržištu.

Litijum-sumpor akumulatori imaju jednu elektrodu napravljenu od litijuma a drugu od sumpora koja je obično u paru sa ugljenikom. Kao i sa litijum-jonskim akumulatorima, punjenje i pražnjenje uključuje pomeranje litijumskih jona između elektroda. Ali teoretski kapacitet litijum-sumpor akumulatora je veći od litijum-jonskih iz razloga kako se joni asimiliraju na elektrodama. Na primer, na sumpornoj elektrodi, svaki atom sumpora može primiti dva litijumska jona. Tipično, u litijum-jon akumulatorima, svaki atom domaćin može primiti samo 0.5 do 0.7 litijumskih jona, kaže Linda Nazar, profesor hemije na Univerzitetu u Vaterlou (Waterloo).

Izrada materijala koji mogu iskoristiti prednost ovog većeg teorijskog kapaciteta je izazov. Jedan veliki problem je to što je sumpor izolacioni materijal, što čini poteškoće elektronima i jonima da ulaze i izlaze. Tako da dok svaki atom teorijski može prihvatiti dva litijumska jona, u stvari često samo atomi na površini prihvataju jone.

Još jedan problem je to što se sumpor vezuje za litijumske jone, eventualno formirajući dilitijum sulfid, formira niz poluprodukata zvanih polisulfidi. To se rastvara u tečnom elektrolitu akumulatora i eventualno se smešta u drugim oblastima akumulatora, gde može blokirati proces punjenja i pražnjenja. Zbog ovoga, akumulator može prestati raditi posle samo nekoliko ciklusa.

Šta više, litijum metalna elektroda predstavlja potencijalne bezbednosne probleme. Na primer, tokom korišćenja, litijumska elektroda se može razgranati u račvoliku strukturu koja povećava impedansu ćelije, što uzrokuje grejanje. Na kraju ove strukture mogu izazvati kratak spoj. Ako se akumulator dovoljno zagreje, metal se može istopiti. Ako istopljeni litijum iscuri iz ćelije i dođe u kontakt sa vodom, može se zapaliti. Elektrolit je takođe zapaljiv.

Jedan od načina da se poveća provodnost je kombinovanje sumpora sa ugljenikom. Nazarova je otišla korak dalje i koristila je ugljenične nanocevi. Ove nanocevi rešavaju i problem polisulfida, koji mogu prerano uništiti ćeliju.

Neka pitanja će verovatno ostati. Jedan od problema je cena – litijum  metal je najskuplji oblik litijuma. Takođe, još se ne zna koliko će ciklusa akumulatori moći podneti i kako će reagovati na bezbednosne testove. Ipak, Nazarova tvrdi da će tehnologija naći svoj put.

Maleni bq27505, koji vrši samostalni nadzor litijumskih baterija, veličine samo 2.5 x 2 x 0.625mm, podržava prenosne uređaje poput telefona, digitalnih fotoaparata i MP3 plejera, u kojima je dužina života baterije kritična za krajnje korisnike.

TI je predstavio i bq27541, koji je ugrađen u baterijski paket ili je na glavnoj ploči sa ugrađenom, nepromenjivom baterijom. Ovaj čip obezbeđuje proveru identiteta baterije koristeći SHA-1/HMAC algoritam.

Tehnologija nadzora impedanse precizno predviđa kapacitet baterije u svim operativnim uslovima, uključujući starost baterije, temperaturu i ponašanje pri pražnjenju. Danas TI obezbeđuje milione merača baterija potrošačima širom sveta u aplikacijama od laptopova do telefona.

Dodatno, kolo izbegava smetnje povezane sa dizajnima osetljivim na promenu struje. DS2741 omogućuje kompletan nadzor struje, nadzot punjenja i pražnjenja akumulatora i praćenje preostalog kapaciteta.

Uređaj je idealan za prenosne bežične proizvode poput multimedijalnih plejera, mobilnih telefona, PDA uređaja i digitalnih fotoaparata. Takođe je veoma pogodan za automobilske aplikacije.

U cilju podrške prilagođavanja kapacitetu akumulatora u zavisnosti od temperature, DS2741 poseduje integrisan temperaturni senzor koji meri opseg između -20°C i +70°C, sa rezolucijom od ±1 °C.

Potrošnja ovog kola je tipično 60uA (mikroampera) tokom aktivnog rada, a samo 1uA u slip modu, što povećava trajanje akumlatora.

Nove litijum – jon baterijske elektrode mogu isporučivati struju nekoliko puta brže od ostalih akumulatora tog tipa. To može biti posebno korisno gde je potrebno rapidno isporučiti snagu, poput laserskih oružja ili hibridnih trkaćih automobila.

Test akumulatori bazirani na novoj elektrodi, koju je razvio Gerbrand Keder (Gerbrand Ceder), profesor na MIT-u, mogu se isprazniti za 10 sekundi. Radi poređenja, najbolji današnji litijum-jon akumulatori se prazne za minut i po, a konvencionalni litijum-jon akumulatori, poput onih u laptopovima, prazne se i po nekoliko sati. Novi odnos, kako istraživači računaju, bi omogućio da jedan litar akumulatora isporuči 25.000 W, tj. dovoljno snage za oko 20 usisivača.

Ovaj nivo izlazne snage bi stavio ove akumulatore rame uz rame sa ultrakondenzatorima, uređajima koji se mogu vrlo brzo isprazniti ali ne mogu primiti puno energije u odnosu na njihovu veličinu, tvrdi Džon Miler (John Miller), potpredsednik za sisteme i aplikacije u Maksvel Tehnolodžis (Maxwell Technologies), proizvođač ultrakondenzatora. Novi akumulatori mogu smestiti skoro 10 puta više energije od ultrakondenzatora iste veličine. Kombinacija male veličine i ekstremne snage bi mogla učiniti ove akumulatore naročito korisne za trkačke automobile, tvrdi Miler. Od ove godine, nova pravila Formule 1 omogućuju bolidima da skladište energiju kočenja radi iskorišćenja za ubrzanje.

Da bi poboljšali akumulatore, istraživači su modifikovali elektrodski materijal nazvan litijum jon fosfat da bi omogućili elektronima i jonima da ulaze i izlaze još brže. Napredak je baziran na kompjuterskim modelima. Modeli su pokazali način poboljšanja provodnosti primenjivanjem litijumskih jona na određene površine kristala unutar materijala.

Da bi ovo bilo primenjivo, Keder je uneo dodatne količine litijuma i fosfora. Ovo pomaže formiranju sloja litijum difosfata, materijala poznatog velikoj litijum-jon provodnosti. On tvrdi da se joni koji ulaze u materijal brzo kreću ka površini omogućujući tako vrzo pražnjenje.

Materijali koji se brzo prazne mogu se, takođe, brzo i puniti, povećavajući mogućnost proizvodnje mobilnih telefona koji se pune za nekoliko sekundi, tvrdi Keder, ali bi to zahtevalo skupe punjače. Rik Fulop (Ric Fulop), potpredsednik razvoja u A123Systems, proizvođač akumulatora, koji je licencirao Kederov novi materijal, kaže da bi ovo moglo biti korisno za hibride ili za napajanje laserskog naoružanja.

Drugi istraživači su već modifikovali litijum gvožđe fosfat da bi postigli nivoe snage dovoljne za većinu alata i većinu hibridnih vozila. I zaista, gvožđe fosfatni akumulatori se već prodaju. Na kraju, kapacitet litijum gvožđe fosfata je manji od ostalih litijum-jon akumulatorskih materijala, čineći Kedarov napredak limitiran, tvrdi Džef Dan (Jeff Dahn), profesor fizike na Dalhauzi (Dalhousie) Univerzitetu u Halifaksu (Halifax). Ovaj akumulator je dobar za ubrzavanje, ali nije za dalek put. “Pravi proboj u skladištenju enegije bio bi novi materijal za pozitivnu elektrodu sa performansama kvantnog skoka,”  kaže Dan.

Novi akumulatori proizvedeni od virusa imaju isti kapacitet i performanse kao i najnoviji punjivi akumultori koji se koriste za hibridne automobile, i mogli bi se koristiti za napajanje širokog opsega ličnih elektronskih uređaja, rekla je Angela Belčer (Angela Belcher), vođa tima.

Novi akumulatori bi se mogle praviti pomoću jeftinog i po okolinu neškodljivog procesa. Proces se sastoji od sinteze na sobnoj temperaturi i ne zahteva štetne organske rastvarače, a materijali koji se koriste u akumulatoru se neotrovni.

U tradicionalnom litijum-jon akumulatoru, litijumski joni protiču između negativno naelektrisane anode, obično napravljene od grafita, i pozitivno naelektrisane katode, obično napravljene od kobalt oksida ili litijum jon fosfata. Pre tri godine, tim sa MIT-a sa Belčerovom na čelu izvestili su da su uspeli proizvesti viruse koji bi mogli kreirati anodu omotavajući na sebe kobalt oksid i zlato, samoformiranjem nanožica.

U najnovijem radu, tim je fokusiran na pravljenju veoma snažne katode radi uparivanja sa anodom. Katode je mnogo komplikovanije napraviti od anoda zato što moraju biti visokoprovodne da bi bile brze elektrode, međutim, većina kandidata za katode su visoko izolacioni materijali.

Da bi se ovo postiglo, istraživači su genetski modifikovali viruse da se prvo omotaju sa gvožđe fosfatom, a zatim da prihvate ugljenične nanocevi radi kreiranja mreže visoko provodnog materijala.

Iz razloga što virusi prepoznaju i prihvataju određene materijale (ugljene nanocevi u ovom slučaju), svaka gvožđe fosfat nanožica se može električno povezati sa provodnom mrežom sastavljenom od ugljeničnih nanocevi. Elektroni mogu putovati duž ovih mreža i emitovati energiju u vrlo kratkom vremenu.

Tim je utvrdio da uključivanjem ugljenčnih nanocevi povećava provodnost katode bez prevelikog povećavanja težine akumulatora. U laboratorijskim testovima akumulatori sa novim katodnim materijalima se mogu puniti i prazniti najmanje 100 puta bez gubljena kapacitivnosti. To je manje ciklusa od trenutno aktuelnih litijum-jon akumulatora, ali “mi očekujemo da ćemo moći postići mnogo više,” rekla je Belčerova.

Prototip je upakovan kao tipična dugmasta baterija, ali tehnologija omogućuje proizvodnju veoma laganih, fleksibilnih i podesnih akumulatora koji mogu uzeti oblik svog kućišta.

Sad, kada su istraživači pokazali da mogu napraviti virusne akumulatore na nanoveličinama, oni nameravaju da naprave još bolje akumulatore koristeći materijale sa višim naponima i kapacitivnostima, poput mangan fosfata i nikl fosfata, kaže Belečerova. Čim sledeća generacija bude spremna, tehnologija može da ide u komercijalne svrhe, rekla je ona.

Litijum-jonske baterije su veoma popularne u uređajima poput mobilnih telefona, različitih plejera, digitalnih kamera, PDA računara ili laptopova. One nude veliku gustinu energije, malu težinu i zapremninu ali zahtevaju pažljivo rukovanje i kontrolu punjenja radi optimalnog iskorišćenja i produženja životnog veka.

Bezbednost je najvažniji kriterijum koji se mora poštovati pri upotrebi baterija u industriji. Zbog ovoga je vrlo bitna sigurna i tačna kontrola. To uključuje potrebu za potvrdom identitera baterije kako bi korisnik zano da koristi originalan proizvod a ne kopiju koja može biti potencijalno opasna.

Atmel je sarađivao sa glavnim proizvođačima baterija radi razvijanja optimalne opcije. Rezultat je ponuda čitavog niza mikrokontrolera namenjenih Li-Ion baterijskom menadžmentu podržavajući do četiri ćelije. Familija nudi jedinstven set mogućnosti radi optimizacije i bezbednosti.

Izuzetno preciznim merenjima napona, otvarila se mogućnost tačnije kontrole punjenja i pražnjenja i na taj način je omogućeno korišćenje dodatnih 15% kapaciteta baterije. Ovo je postignuto pomoću patentiranog Atmelovog metoda kalibracije referentnog napona i sa visokom rezolucijom Delta-Sigma. AD konvertora korišćenih pri merenju.

Familija se sastoji od šest uređaja sa različitom ciljnom grupom. ATmega4HVD i ATmega8HVD ciljaju na jeftinije tržište. Srednju grupu čine ATmega8HVA i ATmega16HVA, dok vrh ponude čine ATmega16HVB i ATmega32HVB namenjeni laptopovima. Svi čipovi su samostalni i sadrže zaštitu sa N-kanalnim FET drajverima.

Više informacija možete dobiti na stranici proizvođača www.atmel.com/bm