המחשב הנייד המסחרי הראשון בעולם - אם כי זה בהחלט מותח את המונח - היה אוסבורן 1. כששוחרר ב-1981, הוא עלה 1,795 דולר, שקל 10.7 ק"ג (23.5 פאונד), והפעיל מערכת הפעלה בשם CP/M. ה-Compaq Portable משנת 1983, שהריץ את MS-DOS, היה גדול עוד יותר (13 ק"ג) ועלה 3,590 דולר. לאף אחד מהם לא הייתה סוללה, אם כי סוללת אפטר-מרקט עבור Osborne 1 החזיקה מעמד שעה.
בזמנו, אף אחד מהמחשבים הללו לא נקרא למעשה "מחשב נייד"; הם היו ניידים שבקיצור אפשר היה לסחוב אותו. כידוע, ה-Osborne 1 פורסם בתור המחשב הראשון שנכנס מתחת למושב מטוס. גם ה-Osborne 1 וגם Compaq Portable זכו להצלחה רבה, וגרפו מיליוני דולרים ממשתמשים הבינו שהמחשוב הנייד עומד לשנות את מרקם החברה ואת דרכי עשיית העסקים שלה לָנֶצַח.
עברנו כברת דרך מאז.
הרם את המחשב הנייד שלך. למעשה, גרד את זה - קרא תחילה את הפסקה הזו, ואז הרם את המחשב הנייד שלך. אתה מחזיק באחת המכונות המתקדמות ביותר שנבנו אי פעם בהיסטוריה של האנושות. היא תוצאה של טריליוני שעות של מו"פ על פני עשרות אלפי שנים. הוא מכיל כל כך הרבה רכיבים מתקדמים שאין אדם אחד על הפלנטה שיודע להכין את כל העניין מאפס. זה אולי מפתיע לחשוב על המחשב הנייד שלך כפסגת המאמץ האנושי, אבל זה לא הופך אותו לשום דבר. פחות נכון: אנחנו חיים בעידן המידע, אחרי הכל, והכלי שלנו לעבודה עם המידע הזה הוא מַחשֵׁב.
בסדר, אתה יכול להניח את המחשב הנייד שלך בחזרה. תסתכל על הצג המסנוור הזה, עם פיקסלים כל כך קטנים שאתה יכול לראות אותם רק אם אתה מצמיד את האף שלך לזכוכית. אותה שלדת יחידה, בעובי של כמה מילימטרים בלבד, קשיחה להפליא; באמת, נסה להגמיש את זה. עמוק בפנים, יש שבב בודד בעל כוח עיבוד רב יותר ממחשב-על של אמצע שנות ה-90 שעלותו מיליוני דולרים. יש לך מספיק יציאות ושבבים ואנטנות לספק ג'יגה-ביט של קישוריות קווית ואלחוטית.
עם זאת, כל זה הוא כלום בלי סוללה. שעונים חכמים, סמארטפונים, טאבלטים, מחשבים ניידים: כולם בסופו של דבר עבדים של חשמל. בלי חשמל, בלי גל אמין של אלקטרונים, מכשיר הוא לא יותר ממשקל נייר יפה.
אל תתקע בי מזלג או שאני אתפוצץ
סוללות ליתיום-יון ששוחררו במקור על ידי סוני בשנת 1991, מפעילות כעת כמעט כל מכשיר נייד המכוון לצרכן. כמה כימיקלים אחרים של סוללות קיימות עבור יישומים מומחים ותעשייתיים, אבל ליתיום-יון הוא כלי נהדר. יש לו צפיפות אנרגיה מעולה, צפיפות הספק טובה, קל משקל, וניתן לעבור על כמה כימיקלים ספציפיים אלפי פעמים.
"ליתיום-יון היה הכוח המניע שהשיק מכשירים ניידים מיקרואלקטרוניים", פיטר ה.ל. נוטן, פרופסור באוניברסיטת איינדהובן לטכנולוגיה (TU/e), אמר לארס בראיון טלפוני. נוטן היה ב-Philips Research בין 1975 ל-2010, שם עבד על חומרי אחסון מימן, ניקל-מתכת הידריד (NiMH) ומחקר על סוללות ליתיום-יון. כיום, הוא עובד על מגוון פרויקטים שונים ב-TU/e ו Forschungszentrum Jülich, כולל סוללות ליתיום-יון במצב מוצק.
עם זאת, 24 שנים לאחר סוללות הליתיום-יון הראשונות הללו, ואנחנו עדיין משתמשים באותה כימיה של הסוללה. בטח, בוצעו שינויים רבים לאורך הדרך, והעניקו לנו חיזוקים קטנים בצפיפות האנרגיה, אבל הכימיה הבסיסית היא עדיין אותו הדבר: יש אלקטרודה חיובית של תחמוצת ליתיום-מתכת, אלקטרוליט של מלח ליתיום ואלקטרודה שלילית פחמן.
"בערך, אתה יכול לקבוע שהשיפור השנתי [בצפיפות האנרגיה של הסוללה] הוא כ-5 אחוז", אמר נוטן. "זה כלל אצבע שאני תמיד משתמש בו.
"באופן עקרוני יש לך כמה כימיות חדשות, כמו ליתיום-גופרית, וזה מעניין כי גופרית היא חומר זול מאוד - אבל [החוקרים] עדיין צריכים להתמודד עם לא מעט בעיות", הוא הוסיף. "ובקצה הרחוק יש לך ליתיום-אוויר, שהיא מערכת היברידית בין סוללה לתא דלק, שבה אתה משתמש בחמצן מהאוויר. אנשים עורכים מחקר יסודי [על ליתיום-אוויר], אבל תאמין לי שזה לא יהיה בשוק תוך 15-20 שנה מהיום... לעת עתה, אנחנו תקועים עם סוללות ליתיום-יון".
סוללות במצב מוצק
לטווח ארוך יותר, קשה לומר מה, אם בכלל, עשוי להחליף את הליתיום-יון. ליתיום הוא, על הנייר, בערך כמו שהוא יכול להיות. צוותים שונים ברחבי העולם עובדים על צורות חדשות אקזוטיות של סוללה, אבל אין דבר שקרוב במיוחד למסחור. במשך השנים הקרובות לפחות, לא סביר שמשהו יאתגר את כלל האצבע של נוטן של חמישה אחוזים. אבל אנחנו לא צריכים להיות מאוכזבים. לדברי נוטן, "רבים מהשיפורים המצטברים מבוססים על שלבים בסיסיים".
לדוגמה, הסיליקון מצוטט לעתים קרובות כתחליף לפחמן, המרכיב כמעט את כל האנודות של סוללות הליתיום-יון. סיליקון יכול לשאוב פי 10 יותר יוני ליתיום מפחמן, מה שיכול לאפשר סוללות עם צפיפות אנרגיה גבוהה בהרבה.
אולם בפועל, יש לנקוט בגישה הרבה יותר מצטברת. "לדוגמה, כאשר אתה משתמש בסיליקון טהור [כחומר האנודה], זה לא מאוד מעשי, מכיוון שההתפשטות הפיזית גבוהה במיוחד, היא בערך 300 עד 400 אחוזי נפח", הסביר נוטן. "אז, נכון לעכשיו, האסטרטגיה היא לשפר את הקיבולת של [אנודת הפחמן] על ידי ערבוב בכמויות זעירות של סיליקון. מבחוץ זה נראה כמו צעד מצטבר, אבל ביסודו זה צעד גדול. וזה נכון לגבי רוב השינויים המוצעים בתאי ליתיום-יון כיום."
פיטר H.L. Notten*, Fred Roozeboom, Rogier A.H. Niessen ו-Loïc Baggetto
בעוד 10 או 15 שנים, נוטן חושב שאולי נתחיל לראות סוללות ליתיום-גופרית, או אולי ליתיום-אוויר. "אבל יש עוד שלב אחרון שאנשים שוקלים כעת", אמר. "אם אתה יכול להפוך את האלקטרוליט לדק מאוד, ואם אתה יכול להפוך אותו למצב מוצק, אז יש קפיצה אמיתית לעשות גם בצפיפות האנרגיה. סוללות ליתיום-יון במצב מוצק... יש אנשים שחושבים שזה הסוף של הסוללות." הצוות של נוטן עבד על סוללות מוצק במשך 10 השנים האחרונות בערך, ונשמע שיש עוד הרבה עבודה לעשות.
מה לגבי "פריצות הדרך" האחרות של הסוללה שהתפרסמו בשנים האחרונות?
"צריך להבחין בין מחקר מדעי מהודר לבין יישום החומרים הללו בסוללות אמיתיות", אמר נוטן. "למען האמת, אם אנשים מפרסמים הרבה מחקרים על ננו-תיל, התרגום לסוללות אמיתיות הוא באופן כללי גרוע מאוד... צריך לדאוג לכל הפרמטרים ותנאי הגבול, ולא לבחור אחד, וזה מה שעושות חלק מקבוצות המחקר".
