„Jede Technologie hat sich im Laufe der Jahre verbessert, außer Batterien! Warum kann niemand eine bessere Batterie erfinden?“ Mann, wenn ich für jedes Mal, wenn ich jemanden das sagen höre, einen Nickel hätte – nun, ich hätte ungefähr $ 17.50.
Tatsächlich fehlen dem durchschnittlichen Gadget-Fan jedoch drei wichtige Punkte zu Batterien. (Im Februar strahlte PBS ein NOVA-Special mit dem Titel „Suche nach der Superbatterie“ aus, dessen Moderator ich war. Nach einem Jahr des Besuchs von Laboratorien und der Befragung von Wissenschaftlern kann ich zugeben, dass ich heutzutage an Batterien denke.)
Erster Punkt: Die Batterien, an die Sie wahrscheinlich am meisten denken, sind die in Ihrem Telefon oder Laptop. Aber man könnte argumentieren — und viele Wissenschaftler tun es -, dass Batterien der Schlüssel zur Bewältigung viel, viel größerer Probleme wie Energie, Verkehr und Klimawandel sind.
Zum Beispiel machen Elektroautos heute nur noch etwa 1 Prozent der US-Neuwagenverkäufe aus. Ein Grund ist, dass sie mehr kosten als gasbetriebene Autos. Eine andere ist die Reichweitenangst – die Angst der Verbraucher, dass ihnen die Ladung weit weg von zu Hause ausgehen wird. Die derzeit in der Entwicklung befindlichen billigeren Batterien mit höherer Kapazität sollen beide Probleme lösen.
Dann gibt es das Gitter. Strom ist nicht wie Wasser und wartet in der Leitung, bis Sie den Wasserhahn einschalten. Wenn Sie eine Lampe einschalten, muss diese Energie jetzt in Echtzeit erzeugt werden. Infolgedessen verbringen Stromversorger ihre Tage damit, mit gigantischen Schwankungen des Energiebedarfs fertig zu werden. Es gibt fast keine Nachfrage in der Nacht, wenn alle schlafen, und dann enorme Spitzen bei 5 P.M., wenn die Leute von der Arbeit nach Hause kommen. Versorgungsunternehmen unterhalten tatsächlich teure, ineffiziente, sporadisch genutzte Reservekraftwerke („Peaker Plants“), um Bedarfsspitzen zu bewältigen, wie sie während Hitzewellen auftreten.
An das Stromnetz angeschlossene Batterien könnten diese absurden Schwankungen ausgleichen. Vielleicht noch wichtiger ist, dass Netzbatterien Sonnenenergie erfassen können, während die Sonne scheint — und Windkraft, wenn sie weht —, um sie dann zu nutzen, wenn wir sie wirklich brauchen. Bisher konnten wir Sonne und Wind nicht dazu bringen, unsere Lebensstilpläne zu respektieren.
Der zweite Punkt, den die Leute vermissen: Unsere Beschwerden beziehen sich in der Regel auf die Kapazität unserer Batterien: wie lange unsere Geräte zwischen den Ladungen laufen. Tatsächlich ist die Kapazität (Energiedichte) jedoch nur ein Punkt auf der Wunschliste der Branche. Wir möchten auch, dass Batterien billig, umweltfreundlich, langlebig (dh tausendfach wiederaufladbar), kompakt, leicht (insbesondere für Elektroautos) und sicher sind. Ein explodierendes Telefon kann Ihren ganzen Tag ruinieren, wie Samsung bestätigen könnte.
Im Allgemeinen können Sie nicht alles in einer einzigen Batterie haben. Andererseits brauchen Sie nicht immer alles. Netzbatterien zum Beispiel müssen nicht tragbar oder kompakt sein. Die Tür steht also offen für die Entwicklung von beispielsweise Durchflussbatterien, bei denen in riesigen Tanks gelagerte Chemikalien in einer Reaktionskammer aneinander vorbeifließen. Oder Schwungradbatterien, bei denen sich Scheiben aus Material wie Stahl mit einem Gewicht von tausenden Pfund tausende Male pro Minute in einer reibungsfreien Kammer (die von einem Magneten im Vakuum aufgehängt wird) nachts drehen, wenn die Energie, um sie am Laufen zu halten, billiger ist, so dass Ingenieure die kinetische Energie tagsüber als Energie zurückgewinnen können.
Der dritte wichtige Punkt: Batterien wurden im Laufe der Jahrzehnte immer besser. Der Grund, warum wir es nicht bemerken, ist, dass unsere Geräte gleichzeitig schneller, leistungsfähiger und leistungshungriger werden. Heck, wenn Sie einen modernen iPhone-Akku in ein Telefon von 1995 stecken könnten, würde es wahrscheinlich ein Jahr mit einer einzigen Ladung dauern.
Andere große Dinge sind auf dem Weg. Dem Materialwissenschaftler Mike Zimmerman ist es gelungen, den leicht entzündlichen flüssigen Elektrolyten (durch den Ionen schwimmen, wenn Sie Ihre Batterie laden oder entladen) durch ein einziges Stück spezieller Kunststofffolie zu ersetzen. Presto: Eine Batterie, die sich nicht entzünden oder explodieren kann. Und weil es unblowable ist, kann Zimmerman Lithiummetall anstelle der Lithium-Ionen-Chemie verwenden, die eine viel höhere Energiedichte hat, aber als zu gefährlich angesehen wird, um mit heutigen Flüssigelektrolytbatterien verwendet zu werden. Presto: längere Lebensdauer.
Wenn Sie sich also über Ihre Batterien beschweren möchten, holen Sie sie jetzt heraus. Es wird nicht lange dauern, bis sie einen viel besseren Ruf haben.