” varje teknik har förbättrats genom åren utom batterier! Varför kan inte någon uppfinna ett bättre batteri?”Man, om jag hade en nickel för varje gång jag har hört någon säga det—ja, jag skulle ha ungefär $17.50.
faktum är att den genomsnittliga gadgetfläkten saknar tre stora punkter om batterier. (I februari sände PBS en NOVA-special som heter” Sök efter superbatteriet”, som jag var värd för. Efter ett år med att besöka laboratorier och intervjua forskare kan jag erkänna att batterier är i mina tankar idag.)
första punkten: batterierna du förmodligen tänker på mest är de i din telefon eller bärbara dator. Men du kan argumentera—och många forskare gör—att batterier är nycklarna till att ta itu med mycket, mycket större problem, som energi, transport och klimatförändringar.
till exempel representerar elbilar idag endast cirka 1 procent av USA: s nya bilförsäljning. En anledning är att de kostar mer än gasdrivna bilar. En annan är ångest—konsumenternas rädsla för att de kommer att gå tom för laddning långt hemifrån. De billigare batterierna med högre kapacitet som nu är under utveckling syftar till att lösa båda dessa problem.
sedan finns det nätet. Elektricitet är inte som vatten, väntar i röret tills du slår på kranen. När du slår på en lampa måste den kraften genereras just nu, i realtid. Som ett resultat spenderar elbolagen sina dagar på att hantera gigantiska svängningar i energibehovet. Det finns nästan ingen efterfrågan på natten, när alla sover, och sedan enorma spikar klockan 5 När folk kommer hem från jobbet. Verktyg upprätthåller faktiskt dyra, ineffektiva, sporadiskt använda reservkraftverk (”peaker plants”) bara för att hantera efterfrågestörningar, som uppstår under värmeböljor.
batterier som är anslutna till nätet kan jämna ut de absurda gungorna. Kanske ännu viktigare, nätbatterier kan fånga solenergi medan solen skiner – och vindkraft när den blåser—för användning när vi verkligen behöver det. Hittills har vi inte kunnat få solen och vinden att respektera våra livsstilsscheman.
den andra punkten människor saknar: våra klagomål tenderar att handla om våra batteriers kapacitet: hur länge våra prylar går mellan laddningarna. Men i själva verket är kapacitet (energitäthet) bara ett objekt på branschens önskelista. Vi vill också att batterier ska vara billiga, miljövänliga efter att de är förbrukade, långlivade (det vill säga kunna laddas tusentals gånger), kompakta, lätta (speciellt för elbilar) och säkra. En exploderande telefon kan förstöra hela dagen, som Samsung kunde intyga.
i allmänhet kan du inte ha allt i ett enda batteri. Då behöver du inte alltid allt. Grid-batterier behöver till exempel inte vara bärbara eller kompakta. Så dörren är öppen för gryningen av, säg, flödesbatterier, där kemikalier, lagrade i stora tankar, flyter förbi varandra i en reaktionskammare. Eller svänghjulsbatterier, där skivor av material som stål och väger tusentals pund snurrar tusentals gånger per minut i en friktionsfri kammare (upphängd av en magnet i vakuum) på natten, när energin för att hålla dem snurrande är billigare, så att ingenjörer kan återta den kinetiska energin som kraft under dagen.
den tredje viktiga punkten: batterier har blivit bättre under årtiondena. Anledningen till att vi inte märker är att våra enheter har blivit snabbare, kraftfullare och mer krafthungriga samtidigt. Heck, om du kunde sätta ett modernt iPhone-batteri i en 1995-telefon, skulle det förmodligen gå ett år på en enda laddning.
andra stora saker är på väg. Materialforskaren Mike Zimmerman har lyckats ersätta den mycket brandfarliga flytande elektrolyten (genom vilken joner simmar när du laddar eller laddar ur batteriet) med en enda speciell plastfilm. Presto: ett batteri som inte kan antändas eller explodera. Och eftersom det är oblockbart kan Zimmerman använda litiummetall istället för litiumjonkemi, som har en mycket högre energitäthet men anses vara för farlig att använda med dagens flytande elektrolytbatterier. Presto: längre livslängd.
så om du vill klaga på dina batterier, ta ut det nu. Det kommer inte dröja länge innan de har ett mycket bättre rykte.