Często i mało czy rzadko, ale do syta? Gdyby chodziło o dietę, większość specjalistów postawiłaby na odpowiedź pierwszą, ale w przypadku magazynowania energii jest odwrotnie. Okazuje się, że więcej można jej zmieścić ładując rzadko, ale do pełna.
Taki przynajmniej wniosek płynie z badań przeprowadzonych przez zespół naukowców Instytutu Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk. Doświadczenia dotyczyły wyidealizowanych, dwuwymiarowych układów sieciowych.
– Chcieliśmy zbadać, jak zmienia się sposób magazynowania energii w układzie, gdy pompujemy do niego energię w postaci ciepła, innymi słowy – lokalnie go podgrzewamy. Wiadomo, że ciepło w układach się rozprzestrzenia, dyfunduje. Ale czy na gromadzenie energii ma wpływ sposób jej dostarczania; fachowo mówiąc „geometria podawania”? Czy ma znaczenie, że podajemy dużo energii w krótkim czasie i potem długo nic, i znowu dużo
energii, czy też podajemy malutkie porcje tej energii, ale za to jedna po drugiej, niemal bez przerw? – pyta dr Anna Maciołek, jedna z autorek badań.
Cykliczne podawanie energii jest bardzo powszechne w naturze. Sami dostarczamy jej sobie w ten właśnie sposób przy okazji spożywania pokarmów. Tę samą liczbę kalorii można dostarczyć w jednej lub dwóch dużych porcjach
zjadanych w ciągu doby, albo rozbić ją na 5–7 mniejszych posiłków, między którymi są krótsze przerwy. Naukowcy wciąż się spierają, który sposób jest dla organizmu lepszy. Jeśli jednak chodzi o dwuwymiarowe układy sieciowe, to już wiadomo, że pod względem efektywności magazynowania wygrywa metoda „rzadko a dużo”.
– Zauważyliśmy, że w zależności od tego, w jakich porcjach i jak często podajemy energię, ilość, jaką układ potrafi zmagazynować, zmienia się. Największa jest wtedy, gdy porcje energii są duże, ale odstępy czasowe między ich
podaniem też są długie – wyjaśnia Yirui Zhang (na fot.), doktorantka w IChF PAN.
Co ciekawe, okazuje się, że gdy taki układ magazynujący podzielimy wewnętrznie na swego rodzaju przedziały czy też komory, to ilość energii możliwej do zmagazynowania w takim podzielonym „akumulatorze” – o ile bylibyśmy go w stanie skonstruować – wzrośnie.
– Innymi słowy, trzy małe baterie zmagazynują więcej energii niż jedna duża – precyzuje Zhang i dodaje, że wszystko to przy założeniu, że całkowita ilość wkładanej do układu energii jest taka sama, zmienia się tylko sposób jej dostarczania.
Choć badania prowadzone przez zespół IChF PAN należą do podstawowych i ukazują po prostu fundamentalną zasadę rządzącą magazynowaniem energii w magnetykach, ich potencjalne zastosowania są nie do przecenienia. Łatwo można sobie wyobrazić np. możliwość ładowania baterii elektrycznego samochodu nie w kilka godzin, lecz w kilkanaście minut albo znaczące zwiększenie pojemności takich akumulatorów bez zmiany ich objętości, czyli wydłużenie zasięgu auta na jednym ładowaniu. Nowe odkrycie może też w przyszłości zmienić sposoby ładowania baterii różnego typu poprzez ustalenie optymalnej periodyczności dostarczania do nich energii.
źródło: IChF PAN