Autonomia iheskorra
Zein da arazoa? Zergatik ez dago bateria oso iraunkorrik? Bi erantzun posible daude. Lehenengoa da baietz, oso bateria iraunkorrak direla gaur egun erabiltzen ditugunak; baina berdin duela zenbat irauten duten, erabiltzaileak beti eskatuko duela gehiago. Bateria perfektuak ez luke kargatzeko beharrik. Hori betetzen ez duen bitartean, erabiltzaileak hobekuntzak eskatuko ditu.
Beste erantzun bat da ezaugarri asko dituela bateria batek --iraunkortasuna bat da--, eta, zoritxarrez, ezaugarri bat hobetzeko beste bati egin behar diogula uko. Oraingo bateriak behar dugun energia ematen du etenik gabe. Txikia da. Merkea. Eta ez da oso arriskutsua.
Horregatik, bateria baten diseinua hobetzeko, erabaki behar da ezaugarri horietako zein hobetu nahi den, zeinen kontura. Gure abiapuntua iraunkortasuna da. Bada, oso bateria iraunkorra egiteko, hau da, hilabetez kargatzeko beharrik ez duen bat egiteko, sakrifikatu beharreko lehen gauza bateriaren tamaina izango litzateke.
Azken batean, pilak eta bateriak korronte elektrikoa sortzen duten produktu kimikoen multzo bat dira. Produktu egokiak aukeratuta, produktu bateko atomoek elektroiak ematen dizkiete beste produktu bateko atomoei. Berez, gainera. Hortaz, bateriak denbora-tarte handiagoz lan egiteko, bi produktu kimiko horien kantitateak handitu behar dira. Azken batean, elektroi-trukeak luze irauteko, elektroi asko sartu behar dira sisteman, eta horrek esan nahi du produktu emailearen eta hartzailearen kantitate handiak behar direla. Baina horrek tamainaren arazoa sortzen du: bateria baten iraupena handitzeko, tamaina handitu behar da. Merkatuak eskatzen duenaren kontrakoa.
Txikiak
Gaur egungo telefono mugikorrak bateriei esker dira mugikorrak. Oso bateria txikiak erabiltzen dituzte. Eta, hala ere, are txikiagoak izatea eskatzen du merkatuak. Alde horretatik, oso ezberdinak dira ordenagailu eramangarrien eta telefono mugikorren merkatuak. Ordenagailuek ez dute bateria bakarra izaten, baizik eta bateria-talde bat. Mugikorretan, aldiz, bateria bakarra da, eta bakar horren tamainak garrantzi handiagoa du.
Bateria txikiak egiteko modu bat da aipatutako produktu kimiko horiek ordezkatzea. Ideia sinplea dirudi: toki gutxi betetzen duten atomoak toki asko betetzen dutenen ordez sartzea. Horretarako, atomo txiki egokiak aurkitu behar dira.
Iraultza hori duela hogei urte inguru gertatu zen. Ordura arte, nikelez eta kadmioz edo nikelez eta metal hidruroz osatutako bateriak ziren nagusi. Sistema horien ordezko bat asmatu zuten, teknologia berri bat. Aldaketa garrantzitsuena elektrolitoaren tamaina zen; nikelean oinarritutako bateriek potasio hidroxidoa erabiltzen zuten ioi-iturri gisa, eta, bateria berrietan, berriz, atomo txiki bat erabiltzen hasi ziren: litioa. Txikiak izanik, litio-ioiek askoz ahal handiagoa ematen diote bateriari.
Litioa nagusi
Iraultza oso handia izan da. 1991n kaleratu ziren litio-ioizko lehen bateriak, eta, gaur egun, gailu elektroniko arrunten esparrua kolonizatu dute. Egin proba: telefono mugikorraren bateria, GPSarena, PDArena, ordenagailuarena, argazki-kamerarena eta abar. Ia gailu elektroniko arrunt guztiek dute litio-ioizko bateria bat.
Litioan oinarritutako kimikak abantaila nabarmenak ditu nikel-kadmio sisteman oinarritutakoaren aldean. Alde batetik, tamaina bererako, litio-ioizko bateriak potentzial eta energia-dentsitate handiagoak ematen ditu besteak baino. Bestetik, ez du memoria-efekturik, hau da, guztiz deskargatu gabe kargatzen jartzen bada ere, bateriak ez du ahalmenik galtzen (nikel-kadmiozko bateriek ondo funtzionatzeko, guztiz deskargatu eta guztiz kargatu behar dira ziklo bakoitzean; ez, ordea, litio-ioizkoak). Gainera, litio-ioizko bateriek oso karga gutxi galtzen dute erabiltzen ez diren bitartean, nikel-kadmiozkoek ez bezala.
Itxuraz, dena dute abantaila, eta, horregatik, gaur egungo bateria txikietan, tresna elektriko eramangarriek behar dituztenetan, litioaren teknologia da nagusi. Baina ez da beti horrela izan. Duela hiru urte arteko artikuluetan, litioaren abantailak azaldu ondoren, galdera bat azpimarratzen zuten: "Orduan, zergatik ez ditugu bateria horiek gailu guztietan ikusten?" Arazoa segurtasuna zen.
Kimikariek badakite litioa metal arriskutsua dela. Oso erreaktiboa da. Airearekin kontaktuan jartze hutsarekin su hartzen du. Nitrogenotan gordetzea ere ez da ideia ona; ia ez dago elementurik nitrogeno-gasarekin erreakzionatzen duenik, baina litioak erreakzionatzen du.
Bateria gehienetako katodoa kobalto-oxido batez osatua dago. Material egokia da, baina 160 C-tik gora degradatu egiten da; oxigenoa askatzen du, eta oxigeno horrek litioarekin oso azkar erreakzionatzen du, eta su hartzen du. Gainera, bateriak disolbatzaile organiko sukoiak izaten ditu. Nahaste hori lehergailu txiki bat da. Ez da txantxetakoa: leherketak izan dira.
2003tik 2006ra bitartean izan ziren arazo gehien litiozko bateriekin merkatuan. Han-hemenka, telefono mugikorrek, ordenagailu eramangarriek eta abarrek su hartu zuten, aurretik bateriek su hartuta edo eztanda eginda.
Leherketak izan zituztelako, edo lehertzeko arriskua izan zezaketelako, HPk, Dellek, Toshibak, Sonyk, Sanyok, Nokiak, LGk eta beste hainbat fabrikatzailek milaka tresna-sorta atera behar izan zituzten merkatutik. Aldian-aldian entzuten zen, adibidez, "Halako modeloko ordenagailu eramangarri bateriadunak erosi dituzten 340.000 erabiltzaileei tresnak itzul ditzaten eskatu die Toshibak".
Segurtasunaren garaia
Gaur egungo egoera ez da berdina. Azken bi urteetan, asko ikertu da baterien segurtasuna bermatu ahal izateko. Hortaz, leherketen kontua gaindituta dago, eta litio-ioiak bateriaren merkatua kolonizatu du. Nola? Bada, batez ere, zirkuitu elektriko batzuei esker.
Bateriak kargatzeko eta deskargatzeko prozesuetan berotzen ziren, batez ere. Fabrikatzaileak konturatu ziren arazo elektrikoa zela. Eta soluzioa ere elektrikoa izan zitekeen. Segurtasun-zirkuitu bat gehitu zuten, etengailu bat, azken batean. Tenperatura 90 C-tik gora edo potentzial-diferentzia 4,3 voltetik gora igotzen bada, zirkuituak eten egiten du elektrizitate-jarioa.
Zirkuituak konpondu du arazo hori, eta, hala ere, ikerketa hori ez da bukatu. Azkenaldian, arazoa kimikaren ikuspuntutik ere aztertu dute: kobalto oxidoa ordezkatu daiteke. Degradatzeko 160 C baino askoz gehiago behar dituen material baten bila aritu dira. Manganesozko konposatu batzuekin, segurtasun-tartea 20 C handiagoa da. Eta fosfato batzuekin, 50 C handiagoa kobalto oxidoarekin baino. Horren ordainetan, energia-dentsitatea galtzen da, kobalto-oxidozko katodoek pilatzen baitute energia-dentsitate gehien.
Oraingoz, kobalto oxidoa da nagusi denok erabiltzen ditugun litio-ioizko baterietako katodoetan, baina litekeena da laster material berriek kobaltoa ordezkatzea. Fosfatoa, adibidez, 1997an probatu zuten lehen aldiz, eta jadanik hasi dira fosfatodun bateriak merkaturatzen. Bateria seguruagoak dira, eta, horretaz gain, fosfatoa kobalto oxidoa baino merkeagoa da.
Azkena, polimeroak
Segurtasuna ez den esparru batean ere egin du indarra materialen ikerketak: tamainarena. Litioa txikia da, eta zaila da elektrolito txikiago bat aurkitzen, baina badago aukera elektrolito hori mugitzen den ingurua txikitzeko. Likido organiko batean murgilduta egon beharrean film-itxurako solido batean egonez gero, bateria finagoak egin daitezke. Ideia horrekin jaio ziren polimerozko euskarria zuten litio-ioizko bateriak, litio-polimerozko bateriak.
Zer galtzen da kasu horretan? Logikoa den bezala, likido baten partez solido bat erabiltzean, elektrolitoaren mugikortasuna galtzen da. Polimeroa ez da izaten solido zurrun bat, gel bat baizik, eta, hala ere, arazoa bera da, mugikortasunarena. Ondorioz, bateriak ez du ohiko litio-ioizkoak bezainbesteko tentsioa ematen. 3,7 volt eman beharrean, 3,4 inguruan geratzen da litio-polimeroa.
Ez du murrizketa handia ematen, baina kontuan hartu behar da teknologia horrek merkatuaren dantzari erantzun behar diola. Baterien ikerketak aurrera egin ahala, merkatua bera ere aldatu da. Ordenagailu eramangarrien kasuan, bateriak ez dira hainbeste aldatu, estandar batekin egin baitute aurrera. Telefono mugikorrek, aldiz, gero eta txikiagoak izateaz gain, gero eta baliabide gehiago eskaintzen dituzte: Internetera konektatzeko ahalmena dute, pantailak handitu eta hobetu dituzte eta abar.
Merkatuak bateria ahaltsuagoak eskatzen ditu, ez soilik iraunkorragoak eta txikiagoak. Eta behar hori asetzeko, baterien hurrengo iraultzaren zain dago.
Zu idazle
Zientzia aldizkaria
