Jak moderní baterie proměnily svět: Temné začátky | Mobilní revoluce

Jak moderní baterie proměnily svět: Temné začátky – OBSAH

1. Možná starší, než si myslíme
2. Ne každý typ baterie najde uplatnění ve spotřební elektronice
3. Překvapivě i jednorázové baterie našly uplatnění v počítačích

Možná starší, než si myslíme

Jen málo technologií proměnilo tak svět přenosných počítačů jako moderní baterie. Lehké, levné a vysokokapacitní baterie, které lze bezpečně rychle nabíjet, představují svatý grál nejen počítačů, ale vlastně veškeré moderní společnosti, protože se bez nich neobejde ani elektromobilita, ani domácí baterie. Solární panely bez moderních baterií nedávají vůbec smysl, protože doba, kdy je k dispozici dostatečné světlo, se obvykle liší od doby, kdy chcete svítit nebo si uvařit čaj.

Baterie samotné jsou překvapivě stará technologie. Za nejstarší se považují tak zvané baghdádské baterie, které byly nalezeny v Iráku a pocházejí z doby zhruba 200 let před naším letopočtem. Dlouhou dobu se diskutovalo, zda hliněné nádoby s kovovými elektrodami jsou, nebo nejsou baterie – a pokud to baterie jsou, k čemu vlastně sloužily. Dnes se má za to, že zřejmě skutečně šlo o baterie, že se jako jednorázový elektrolyt používala citronová šťáva a že se používaly možná ke galvanizaci, tedy k elektrickému pokovení předmětů. Pokud je tato teorie pravdivá, je tato technologie o 2 000 let starší než objev galvanického zlacení studentem Alessandra Volty v roce 1805!

Alessandro Volta byl první, kdo v roce 1793 vytvořil galvanický článek z anorganických materiálů, které dávaly napětí zhruba 1 V – a také sestavil tak zvaný Voltův sloup, sérii za sebe srovnaných zinko-měděných článků, které dovolovaly navýšit napětí. Šlo o první baterii, protože slovo baterie označuje více elementů, které spolupracují a jsou tedy účinnější – jako je například více děl, které tvoří dělostřeleckou baterii. Sada navzájem zapojených článků funguje úplně stejně a dovoluje navýšit výstupní napětí na požadovanou voltáž.

Ne každý typ baterie najde uplatnění ve spotřební elektronice

V roce 1859 přišel další průlom, kdy francouzský fyzik Gaston Planté vyvinul první dobíjecí baterii. První baterie byly jednorázové, elektrolyt se spotřebovával chemickou reakcí, ale Planté objevil, že je možné najít tak zvanou zvratnou chemickou reakci, kdy se při dobíjení směr reakce otočí, a tím je možné stejnou baterii opakovaně vybíjet a nabíjet. Jeho baterie využívala reakci kyseliny sírové a olova – a tyto baterie se vlastně používají v automobilovém průmyslu dodnes, protože kyselina je sice korozivní a baterie má poměrně nízkou energetickou hustotu (zhruba 90 wattů na litr), ale baterie založené na tomto principu jsou levné, spolehlivé a snesou provoz za nízkých i vysokých teplot.

Tento typ baterií se skutečně používal i v přenosných počítačích osmdesátých let, ale rychle se ukázalo, že za prvé takové baterie jsou příšerně těžké a toxické (to kvůli olovu) a také potenciálně nebezpečné (to kvůli elektrolytu z kyseliny). Takovou baterii používal například Macintosh Portable (1989), který používal SLA baterie (Sealed Lead Acid) a se spotřebou 5 W dokázal na jedno nabití jet až 10 hodin. Stroj to byl rozměrný, s nepodsvícenou obrazovkou – a s komplikovaným zapojením napájení, které vyžadovalo pro boot přítomnost baterie. Dnes mají sběratelé problém pro tento krásný stroj v designu Snow White najít alternativní baterii, protože počítačový svět SLA baterie kompletně opustil.

Překvapivě i jednorázové baterie našly uplatnění v počítačích

Jistou dobu se experimentovalo s jednorázovými zinkovými bateriemi, miniaturní stroje se sníženou spotřebou dokázaly fungovat se šesti bateriemi velikosti AA, ale kvůli přítomnosti mechanických komponent (floppy disky, harddisky) byly obvykle zapotřebí větší baterie. Problém s mechanickými komponentami je ten, že při startu vyžadují větší proudové odběry – a slábnoucí baterie se mohly dostat do stavu, kdy prostě nebyly schopné dodat potřebný proud. Tento stav je známý i ze stárnoucích mobilních telefonů, kdy starší baterie není schopna dodat potřebný proud, a kvůli podpětí dojde k restartu zařízení (tak zvaný brown out).

Přenosné počítače se dvěma mechanikami tak vyžadovaly větší baterie, například Amstrad PPC512 (1987), vyžadovaly pro provoz deset alkalických baterií velikosti C. Výdrž závisela na tom, jak moc uživatel používal mechaniky – pokud to bylo intenzivní používání, počítač zvládl pouze dvě hodiny, s nízkou aktivitou ale třeba deset. Pracovat na takovém stroji bylo docela dobrodružství, protože nedokázal měřit klesající napětí a odhadovat, jak dlouho ještě vydrží fungovat. V tom nepříjemném případě jste mohli skončit s napsanou seminární prací, kterou ale nešlo uložit, protože nízký stav baterií už nedokázal roztočit floppy disk!

Poslední výraznou nevýhodou alkalických baterií je to, že jejich elektrolyt je v zásadě žíravý. Bylo možné – a stále je možné – že po určité době pronikne pláštěm baterie ven – a lidově řečeno vám sežere zařízení, ve kterém byla baterie uložena. Některé baterie vytékají pomalu a v podstatě korozivně zničí jen své nejbližší okolí, ale dostal se mi do ruky starý Macintosh LC, ve kterém doslova vybuchla miniaturní alkalická baterie, která napájela hodiny reálného času. Přestože šlo o malý článek (polovina AA baterie), dokázala zničit vnitřek počítače tak, že to vypadalo, jako kdyby tam někdo rozstřílel Vetřelce!

Tyhle baterie byly prostě a jednoduše nebezpečné – a ty jednorázové stále jsou nebezpečné, takže pokud máte obavu o svá zařízení, ve kterých vyměňujete baterie málo často, doporučil bych vám spíše nabíjecí články s minimálním samovybíjením, jako jsou Panasonic Eneloop. Tyto články bohužel na začátku mobilní revoluce nebyly k dispozici – s nimi bychom možná měli mobily na baterie Eneloop dodnes!

Zdá se, že princip reakce kyseliny s kovem a vznik elektrického napětí je starší, než si myslíme. Tyto jednorázové zdroje energie jsou sice poměrně jednoduché na výrobu, ale neposkytují tak dobrou výdrž a hustotu energie, o ekologii ani nemluvě. Co kdyby existovaly prvky, které by dovolovaly cyklovat nabíjení, umožňovaly zařízením dlouhý chod na nabití a byly kompaktní? O tom bude další kapitola. 

Michal Rybka

Michal Rybka je publicista a nadšenec s 20 lety zkušeností v IT a gamingu. Je kurátorem AlzaMuzea a YouTube kanálu AlzaTech. Napsal několik fantasy a sci-fi povídek, které vyšly v knižní podobě, a pravidelně pokrývá páteční obsah na internetovém magazínu PCTuning.