Насколько улучшилась батарея за последние 150 лет? По сравнению с другими достижениями прогресс был умеренным. Батарея имеет относительно небольшую мощность, она громоздкая, тяжелая и имеет небольшой срок службы. Питание от аккумулятора тоже очень дорогое. Чем меньше размер батареи, тем выше становится стоимость ватта. И все же человечество зависит от батареи как важного портативного источника энергии.

Скорость, с которой увеличивается портативность и мобильность, во многом зависит от батареи. Этот источник энергии настолько важен, что инженеры проектируют портативные устройства на базе аккумулятора, а не наоборот. С каждым постепенным усовершенствованием батареи открываются двери для новых продуктов и усовершенствованных приложений. Это достоинство аккумулятора, которое дает нам свободу отключаться от дома и офиса. Чем лучше будет аккумулятор, тем больше станет наша мобильность и свобода.

Увеличение времени работы новых портативных устройств связано не только с более энергоемкими батареями. Значительные улучшения были сделаны в снижении энергопотребления портативных устройств. Однако некоторым из этих достижений противодействует потребность в более быстрой обработке данных портативных компьютеров и более быстрой передаче данных сотовых телефонов. 

Электромобиль не стал общепринятым видом транспорта из-за аккумулятора. Виной всему короткие расстояния между подзарядкой и ограниченный срок службы аккумулятора. Потребители требуют батарею, которой хватит на весь срок службы автомобиля, но производители батарей не решаются предоставить обязательную гарантию сроком от 8 до 10 лет. 

Исследования аккумуляторов продолжаются стабильно. Среднегодовой прирост мощности обычно составляет 6%. Для сравнения, в микроэлектронике дела идут намного лучше.

Гордон Мур сделал свое знаменитое наблюдение в 1965 году, когда он предсказал, что рост числа транзисторов на интегральную схему будет удваиваться каждые два года. Благодаря непрекращающемуся технологическому прогрессу Intel  закон Мура  был сохранен и претворяется в жизнь в 21 веке. Такие достижения уменьшили бы автомобильный аккумулятор для тяжелых условий эксплуатации до размера монеты, если бы это было возможно для аккумуляторов.

Заменит ли топливный элемент батарею?

Более 2000 организаций по всему миру активно участвуют в разработке топливных элементов. Для этого есть веская причина - это отличная концепция. И все же с момента его изобретения в 1839 году сэром Уильямом Гроувом топливный элемент пока мало повлиял на нашу повседневную жизнь. Для сравнения: двигатель внутреннего сгорания, разработка которого началась примерно в то же время, что и топливный элемент, имеет гораздо более широкое применение.

Топливный элемент использовался в космической программе Gemini в 1960-х годах, после чего в 1990-х годах были проведены пробные запуски на автобусах и автомобилях. Одно из главных препятствий - высокая стоимость энергии. Стоимость за ватт. должен быть уменьшен в десять раз, чтобы стать конкурентоспособным с другими источниками, такими как двигатель внутреннего сгорания. 

Улучшения топливных элементов за последние 10 лет были умеренными. Попытки наладить массовое производство потерпели неудачу, хотя четыре государственных компании по производству топливных элементов в Северной Америке привлекли более миллиарда долларов в виде публичных акций с 1999 по 2001 год. В отличие от других инвестиций, которые приносили ранние дивиденды от продажи продукции, отдача от топливных элементов лежит через годы впереди. Сегодня 45% денег, собранных четырьмя компаниями по производству топливных элементов, потеряно. 

Сторонники топливных элементов продвигают технологию, которая предназначена для замены батареи, но в мобильных и портативных приложениях происходит обратное. Топливный элемент имеет определенный диапазон мощности, в котором он работает эффективно. За пределами этого диапазона топливный элемент теряет эффективность. Другими ограничениями являются медленный запуск на холоде и ограниченная нагрузка. Пока не будет решено, топливный элемент будет служить генератором для зарядки аккумуляторных батарей. 

Также есть проблемы с долговечностью стека. Мембраны, ядро ​​двигателя, разрушаются слишком быстро. Замена стека требует больших затрат. Пока эти проблемы не будут решены, топливный элемент будет зарезервирован для специальных применений, таких как обеспечение энергией (и водой) космических аппаратов и подводных лодок. Здесь невозможно возгорание и недопустимы токсичные выхлопы.

Эксперты считают, что топливные элементы в том виде, в каком мы их знаем сегодня, могут быть использованы в транспортных средствах только в том случае, если запасы ископаемого топлива исчерпаны или если это предусмотрено законом из-за экологических проблем. Было высказано мнение, что топливные элементы никогда не станут предпочтительным двигателем для серийных автомобилей. Это соответствует представлению о том, что паровой двигатель 1800-х годов никогда не предназначался для приведения в движение самолетов. 

В топливный элемент ведутся постоянные улучшения, но результаты медленнее, чем при использовании других технологий. В конце концов, топливные элементы найдут важные рыночные ниши, выходящие за рамки загрязняющих двигателей внутреннего сгорания. Если произойдет крупный прорыв и топливный элемент действительно станет альтернативным источником энергии, мир станет чище, и человечество будет за это благодарно.

Что такое последняя чудо-батарея?

Абсолютной чудо-батареи нигде не видно, и она остается «слабым звеном» в обозримом будущем. Поскольку в основе батареи лежит электрохимический процесс, необходимо учитывать ограничения плотности мощности и небольшой ожидаемый срок службы. Мы должны приспособиться к этому ограничению и спроектировать оборудование с учетом этого.

Людям нужен неиссякаемый источник энергии в небольшом пакете, дешевом, безопасном и чистом. Потребуется радикальный поворот, чтобы удовлетворить неутолимую жажду портативной и мобильной энергии. Остается только догадываться, осуществит ли эту мечту превосходная электрохимическая батарея, улучшенный топливный элемент, футуристический атомный термоядерный аккумулятор или какое-либо другое новаторское устройство хранения энергии. Для многих этот перерыв наступит не за всю жизнь.