כשהייתי בתיכון, היה לי המורה לפיזיקה הכי טוב ביקום. פטריק גילספי היה נלהב באמת מהנושא ולעיתים קרובות דימיין את השיעור באמצעות מכשירי עזר שבנה בעצמו. מכשיר עשה זאת בעצמך אחד כזה היה קבל עצום - חבית פלסטיק של 55 ליטר עם שכבות ברדיד אלומיניום מבפנים ומבחוץ. למרות שהוא גס, הכובע של פאט יכול לאחסן מספיק מטען כדי לזרז כל תלמיד אמיץ מספיק לגעת בשתי הצלחות. אה, הזכרונות!
אז בעצם, זה מה זה קבל - מכשיר שיכול לאחסן ולספק מטען חשמלי. זה עושה את זה דומה לסוללה, שיש לה את אותו יישום. אז למה כל הסמארטפונים משתמשים בסוללות במקום בקבלים? ובכן, זו אחת השאלות שאענה עליהן בפסקאות למטה. אבל ההתמקדות העיקרית של מאמר זה היא על קבלי-על - סוג חדש יחסית אך פופולרי יותר ויותר של מכשירי אחסון מטען - ולמה אלה עשויים יום אחד להחליף את תא סוללת הליתיום-יון שנמצא בכל מקום.
סוללות לעומת קבלים: מה ההבדל?
סוללות מגיעות בצורות, גדלים וסוגים רבים. אלה שכל הטלפונים הסלולריים המודרניים משתמשים בהם הם סוללות ליתיום-יון נטענות, הידועים בצפיפות האנרגיה הגבוהה שלהן. משמעות הדבר היא שהם יכולים לאחסן הרבה טעינה ביחידת סוללה קטנה וקלה, מה שהופך אותם מושלמים לשימוש באלקטרוניקה ניידת.
שלא כמו סוללות, לקבלים יש את היכולת להיטען ולהיפרק במהירות רבה, מה שהופך אותם למצוינים לתלמידים בשיעורי פיזיקה. מצד שני, הם מאחסנים כמות זעירה מאוד של תשלום עבור הגודל שלהם. אם תוכנן אי פעם קבל בעל קיבולת אנרגיה של סוללת אייפון, היית צריך טנדר כדי להזיז אותו. אלו הם רק כמה מהגורמים הרבים שמבדילים בין סוללות וקבלים, אבל הם מספיקים כדי לתת לך מושג מדוע קבל נפוץ לא יכול להפעיל סמארטפון.
תא הסוללה המסוים הזה (משמאל) יכול לאחסן פי 1800 יותר אנרגיה מהמכסה שלידו
אז מה הם קבלי-על?
המאפיינים של קבלי-על קיימים (הנקראים גם קבלים אולטרה) מציבים אותם איפשהו בין סוללות וקבלים רגילים. הם יכולים לאחסן כמות סבירה של טעינה - עדיין רחוק ממה שסוללה יכולה להחזיק, אבל פי מאה יותר מקבל באותו גודל. כמו כן, קבלי-על ניתנים לטעינה הרבה יותר מהר מאשר סוללת ליתיום, לא יתפרקו כל כך מהר לאורך זמן, ויש להם סובלנות רבה יותר לטמפרטורה קיצונית.
קבלי-על נוכחיים לא יכולים להחליף את הסוללה בתוך סמארטפון, אבל התקדמות בתחום עשויה להפוך את זה למציאות יום אחד. דמיינו לעצמכם סוללת סמארטפון הנטענת תוך שניות ומתפקדת כמו חדשה גם לאחר עשור של שימוש. זה יהיה מדהים, אין ספק בזה.
קבלי-על מגיעים בגדלים רבים ושונים ומשמשים ליישומים מסחריים ותעשייתיים כאחד. עם זאת, אלה עדיין לא יכולים להחליף את הסוללה של הטלפון
מה העתיד של קבלי-על?
דבר אחד בטוח: ספינות הדגל של השנה הבאה לא יופעלו על ידי קבל-על, מכיוון שסופר-קאפ עכשווי בגודל פרקטי לא יכול להחזיק מספיק טעינה. למעשה, אנחנו יכולים להיות במרחק של עשור או יותר מהשקת טלפון כזה. אבל מחקר נעשה על ידי מספר מוסדות במטרה לגלות דרכים להגביר את יכולות אחסון האנרגיה של קבלי העל. אחד הצוותים שפועלים לקראת המטרה נמצא באוניברסיטת מרכז פלורידה ולאחרונה פרסם מאמר המדגיש את ההתקדמות שלהם. ותוצאות המחקר שלהם נשמעות אופטימיות: הצוות פיתח תהליך חדש לייצור קבלי-על עם צפיפות אנרגיה גבוהה יותר. זה הושג באמצעות שימוש בננו-חומרים - מוליכים דקים פי 100,000 משערת אדם - לאחסון והעברת מטען. נוסף על כך, כיסויי העל של UCF גמישים ויכולים לסבול 30,000 מחזורי טעינה מבלי להיכשל.
קבל-על פותח באוניברסיטת מרכז פלורידה
"אם הם היו מחליפים את הסוללות בקבלי-העל האלה, אתה יכול לטעון את הטלפון הנייד שלך תוך כמה שניות ולא תצטרך לטעון אותו שוב במשך יותר משבוע", אמרה ניטין צ'ודהארי, עמיתת פוסט-דוקטורט שניהלה חלק גדול מהמחקר. מחקר שפורסם לאחרונה בכתב העת האקדמי ACS Nano.
ואתם יודעים מה, לא מן הנמנע שהתחזיות של ניטין יתגשמו. אבל עדיין יש מספר מכשולים ניכרים שחוקרים בתחום צריכים להתגבר.
מהם האתגרים שעמם מתמודדת טכנולוגיית קבלי העל?
בתור התחלה, בטיחות היא בעיה שיש לטפל בה. כפי שכבר ציינתי, קבלים וקבלי-על יכולים להתפרק במהירות, וכישלון אחד עלול לגרום לניצוצות שיגרמו לפיאסקו ה-Galaxy Note 7 להיראות כמו הדלקת נרות מסביב לאמבטיה כדי לקבוע את מצב הרוח.
אז ישנה ההבטחה לטעינה מהירה במיוחד. מבחינה טכנית, טעינת קבל-על תוך שניות אפשרית, אבל בפועל, תזדקק לאספקת חשמל מאסיבית כדי להוציא את זה - מטען בגודל של כדורגל, אולי. או מכת ברק. טעינה במהלך מספר דקות היא הרבה יותר מציאותית בתרחיש, אבל עדיין תצטרך מטען בגודל של ספק הכוח של מחשב נייד.
ולא פחות חשוב, יש מחיר. זה ייקח כמות עצומה של מחקר ופיתוח עד שקבל-על ראוי להחליף סוללת סמארטפון יהיה אפשרי. כל זה ידרוש הרבה כסף, מאמץ וזמן. אם הם אי פעם יהפכו למציאות מעשית, קבלי העל הללו יהיו יקרים מאוד בהתחלה, מה שבוודאי ישפיע על העלות של טלפונים שעשויים להשתמש בהם.
אבל זה האחרון הוא אתגר שכל טכנולוגיה מתפתחת צריכה להתמודד, ולהתגבר עליו בהחלט אפשרי. בימים עברו, רק לטלפונים הטובים ביותר היו סוללת ליתיום, מסך צבעוני ו/או מצלמה. היום, קשה למצוא טלפון בלי אלה. הטכנולוגיה והמדע לא יודעים מנוחה, אנשים, ואלטרנטיבה לסוללות Li-Ion בוודאי תגיע. האם זה יהיה סופרקאפ מהדור הבא? רק הזמן יגיד.
