بحران انرژی در كامپيوترهای قابل حمل
وقتی Dave Saltzman قصد دارد به سفر تجاری برود باتری اصلی نوت‌بوك را شارژ نموده و با برداشتن درايو سی‌دی از يك باتری ثانويه استفاده می‌كند. در ضمن يك باتری اضافه نيز با خود بر می‌دارد.
Saltzman كه به عنوان مدير سيستم در شركت United Parcel Service كار می‌كند می‌گويد كه اين تعداد باتری برای مسافرت‌های طولانی كافی می‌باشد.
او نيز مثل بسياری از كاربران تمايل دارد در طول پروازهای طولانی كافی می‌باشد.
او نيز مثل بسياری از كاربران تمايل دارد در طول پروازهای طولانی كار خود را ادامه دهد و از برنامه‌هايی مثل شبكه‌سازی بی‌سيم كه انرژی زيادی مصرف می‌كنند، استفاده نمايد. اين الگوی استفاده تغيير يافته و تقاضا برای نوت‌بوك‌های سريعتر فاصله‌ای را بين توان فراهم شده توسط باتری و كارآيی سيستم ايجاد می‌كند. در حاليكه نوت‌بوك‌ها همچنان از قانون مور بهره می‌برند باتری‌ها نمی‌توانند همگام با آنها پيشرفت نمايند. آينده اين گونه ابزارهای محاسباتی به تكنولوژی الكتروشيمی كه پيشرفت كندی برخوردار است، بستگی دارد. اين به آن معنا نيست كه باتری‌ها بهتر نشده‌اند.
Carl Pinto مدير بخش توليد شركت توشيبا می‌گويد: اگر از باتری های جديد در نوت‌بوك جديد در نوت‌بوك‌هايی استفاده كنيم كه 5 سال پيش ساخته شده‌اند عمر باتری 8 ساعت خواهد بود. مسئله اين است كه دستگاه‌های موبايل به توان بيشتری نياز دارند.
تا چندی پيش سرمايه‌گذاری در تكنولوژی باتری بسيار اندك بود. Rob Enderle تحليلگر Enderle Group در San Jose می‌گويد: در 100 سال اخير كار زيادی در رابطه با باتری‌ها انجام نشده است.
Mike Trainor يكی از مديران ارشد تكنولوژی موبايل در شركت اينتل می‌گويد: عمر باتری يكی از سه معيار اصلی برای خريد نوت‌بوك محسوب می‌شود. فروشگاه‌های IT به سيستم های ظريف‌تر با كارآيی بالاتر و امكانات بی‌سيم بيشتر نياز دارند تا فضا را برای باتری‌ها كاهش دهند. شركت اينتل توليد كننده بوردهای منطقی و چيپ‌ست‌هايی است كه اكثر سازندگان نوت‌بوك از آنها استفاده می‌كنند.
چيپ‌ست موبايل Centrino اينتل مصرف انرژی را كاهش داده و زمان عملكرد دستگاه را از دو تا سه ساعت به پنج ساعت رسانده است. اما اين مدت زمان هنوز برای كاربرانی كه خواهان عمر باتری برای تمام مدت روز هستند كفايت نمی كند. 8 ساعت عمر باتری به watt hours)wh100) انرژی نياز دارد اما در حال حار بهترين تكنولوژی باتری كمتر از wh60 انرژی در اختيار كاربران می‌گذارد.
Trainon اطمينان دارد كه شركت اينتل می‌توان تا پايان اين دهه حداكثر ويژگی‌هايی را كه می‌توان از قانون مور انتظار داشت، ارائه دهد در حاليكه مصرف انرژی را در همان ميزان 100wh نگاه دارد. اما با اين وجود باز هم يك اختلاف توان باقی خواهد ماند. مسئله مهم اين است: چگونه می‌توانيم انرژی بيشتری در سيستم داشته باشيم؟
فروشندگان اخيرا نسبت به اين مشكل آگاه‌تر شده‌اند، اما بخش خصوصی و دولتی بيشتر بر روی تحقيقاتدر مورد مواد تشكيل دهنده باتری سرمايه‌گذاری می‌كنند تا طرح اصلی باتری. اين نوع سرمايه‌گذاری به ايجاد اختلاف توان فعلی كمك كرده است.
Donald Sadowat پروفسور مهندسی مواد در MIT می‌گويد: در اين مورد فقط يك جبنه مورد بررسی قرار گرفته و با اين نوع تحقيقات ما اكنون 7 يا 8 سال عقب هستيم، برنامه‌های مربوط به مواد تشكيل دهنده باتری ها برای تحقيقات همه جا در دسترس نمی‌باشند.
در واقع اين كاربران هستند كه تحت تاثير مشكل قرار می‌گيرند. Tony Scott مدير ارشد تكنولوژی شركت General Motors معتقد است كه عمر باتری نوت‌بوك‌های مبتنی بر تكنولوژی Centrino بيست تا سی درصد پيشرفت داشته است اما زمان عملكرد واقعی هنوز كمتر از سه ساعت می‌باشد. اين مدت زمان برای استفاده از نوت‌بوك در جلسات كافی نيست.
او می‌گويد: اگر دو جلسه يك ساعته پشت سر هم بر قرار شود و از نوت بوك در اين جلسات استفاده كامل شود متوجه مشكلات خواهيد شد. تصور نمی‌كنم استفاده كامل از نوت‌بوك در سه جلسه پشت سر هم امكانپذير باشد. ما به مدت زمان 8 ساعت استفاده نياز داريم و اين مشكلی است كه با تعداد بيشماری از دستگاه‌های امروزی وجود دارد.
مشكلات Saltzman در مورد باتری فقط به نوت‌بوك‌ها محدود نمی شود. او كنترل 200000 دستگاه را كه باتری كار می كنند (از جمله ابزارهای دستی كه با امواج راديويی كار می‌كنند و در حمل ونقل محدوديت توسط رانندگان مورد استفاده قرار می‌گيرند) در شركت UPS بر عهده دارد. باتری دستگاه‌ها در هوای گرم يا سرد خوب شارژ نمی‌شوند بنابراين شارژ باتری‌ها بايد در يك محل ويژه انجام شود. از آنجاييكه رانندگان گاهی اوقات تا 10 ساعت در جاده هستند بايد از باتری های بزرگتر استفاده كنند و استفاده از باتری‌های بزرگتر وزن دستگاه را افزايش می‌دهد. از نظر Saltzman چگالی بيشتر انرژی به منظور كاهش وزن باتری مناسب است.
Kyrt Kelty مدير بخش توسعه تجاری آزمايشگاه Panasonic Energy Solutions می‌گويد: توليد كنندگان باتری از زمانيكه باتری‌های يون ليتيوم ساخته شده‌اند يعنی از اوايل دهه 90، پيشرفت‌های چشمگيری را در رابطه با اين نوع باتری‌ها نشان داده‌اند. در طی 5 سال گذشته باتری‌های يون ليتيوم جايگزين تكنولوژی‌های Nickel Metal Hydride) NiMH) و Nickel Cadmium يا NiCd كه در دستگاه‌های محاسباتی موبايل مورد استفاده قرار می‌گرفتند، شده‌اند. يون ليتيوم چگالی انرژی Volumetric بالاتری را ارائه می‌كند و موارد مربوط به حافظه كه عمر باتری‌های Nicd را كاهش می‌دهد بر اين نوع باتری‌ها تاثيری ندارد. باتری‌های يون ليتيوم از نظر محيطی نيز نسبت به باتری‌های NiCd ارجح می‌باشند. زيرا كادميم يك ماده سمی بوده و مشكلاتی را برای محيط زيست به وجود می‌آورد.
در حاليكه باتری‌های مبتنی بر نيكل از نظر ظرفيت به حد نهايی رسيده و ديگر جای پيشرفت ندارند باتری‌های يون ليتيوم به توسعه خود ادامه می‌دهند. در سالهای اخير ظرفيت به ميزان ده درصد در سال افزايش يافته و رقابت، قيمت‌ها را به ميزان ده تا 20 درصد در سال كاهش داده است.
گر چه باتری‌های يون ليتيوم هنوز به آن ميزان ظرفيتی كه از نظر تئوری برايشان در نظر گرفته شده نرسيده‌اند اما اعتقاد بر اين است كه ويژگی‌های آينده اين نوع باتری‌ها اختلاف توان موجود را از بين می‌برد. چنين اعتقادی علاقه به تحقيقات در زمينه باتری را گسترش داده است.
شركت‌هايی مثل Electrovaya، پليمريون ليتيوم را كه از يك الكترونيك ژل مانند در آن استفاده می‌شود، به كار می‌گيرند. عليرغم تعهد اوليه، اين تكنولوژی بسيار گرانتر از يون ليتيوم بوده و از نظر چگالی انرژی پيشرفتی نداشته است. البته تكنولوژی فوق تنها يك مزيت دارد: اين نوع باتری‌ها می‌توانند به شكل مسطح ساخته شوند بنابراين برای دستگاه‌های كوچك مناسب‌تر هستند اما باتری‌های يون ليتيوم تنها به شكل استوانه‌ای عرضه می‌شوند.
شركت Pionics در ژاپن يك باتری پيش نمونه با چگالی انرژی 600wh/liter را عرضه كرده است. بنا بر اظهارات Atakan Ozbek، تحليلگر ارشد ABI Research، اكثر باتری‌های يون ليتيوم امروزی در محدوده 200 تا 250wh/liter قرار دارند. در حال حاضر بعضی از فروشندگان بر روی طرح‌هايی كار می‌كنند كه از موادی مانند ليتيوم سولفور و ليتيوم فسفات در آنها استفاده شود.
حتی ممكن است باتری‌های قليايی قديمی دوباره مورد استفاده قرار گيرند. Robert Zeiler، مدير شركت Znic Matrix Power در سانتاباربارا كاليفرنيا، می‌گويد، با باتری‌های قليايی مبتنی بر روی، داشتن بيش از ده دوره شارژ مجدد مشكل می‌باشد. اين شركت الكتروليت قديمی باتری قليايی را با فرمول مبتنی بر پليمر كه تعداد دوره شارژ را افزايش می‌دهد، جايگزين ساخته است.
Zeiler در اين مورد می‌گويد: ما می‌توانيم با يك چگالی انرژی 600wh/Liter صدها سيكل داشته باشيم. شركت قصد دارد تا سال 2006 با همكاری اينتل يك باتری نوت‌بوك توليد كند.
در حاليكه اينتل در شركت‌های پر آتيه سرمايه گذاری می‌كند، Trainer در مورد ادعاهای اوليه واقع بين می‌باشد. او می‌گويد: تا به حال نديده‌ايم كه توليد كننده‌ای اين نوع باتری‌ها را در حجم زياد توليد كند.
مشكلات مربوط به مواد تشكيل دهنده باتری‌ها (تكنولوژی fuel-cell)
مدت زمان زيادی است كه اكثر فروشندگان تكنولوژی fuel-cell را مد نظر قرار داده‌اند. بخش خصوصی و دولتی به طور اساسی بر روی تحقيقات مربوط به اين تكنولوژی سرمايه‌گذاری نموده‌اند و بيش از 60 شركت بر روی طرح‌های باتری‌ها كار می‌كنند.
در اين تكنولوژی يك ماده سوختنی مانند هيدروژن يا متانول در يك فعل و انفعال الكتروشيميايی با اكسيژن تركيب می‌شود. معروفترين طرح يعنی باتری متانول مستقيم، از متانول يا تركيب متانول و آب استفاده می‌كند. باتری‌های مبتنی بر fuel دارای چگالی انرژی بالاتر هستند و قابليت جايگزين ساختن كارتريج ماده سوختنی وجود يك منبع تغذيه بی پايان را تضمين می‌كند.
Alan Soucy مدير ارشد عمليات شركت MicroFuel Cells می‌گويد، مقدار بسيار اندك يك سی‌سی ماده سوختنی می‌تواند 1wh الكتريسيته توليد نمايد كه اين مقدار الكتريسيته انرژی لازم برای دو ساعت استفاده از تلفن همراه را فراهم می‌سازد. اما اين تكنولوژی با مشكلاتی نيز همراه است. سيستم‌های مبتنی بر سوخت پيچيده بوده و به يك موتور يا Stack، پمپ‌های كوچك، سنسورها وديگر ابزارهای الكترونيكی، يك سيستم هواگير و يك مخزن سوخت نياز دارند. قراردادن تمامی اين لوازم در يك باتری نوت‌بوك كه بتوان آن را با قيمت مناسب به فروش رساند و نسبت به كاركرد آن اطمينان داشت مشكلاتی ايجاد می‌نمايد.
در ضمن باتری‌های مبتنی بر fuel چندان كارآمد نيستند زيرا 70 درصد از انرژی را كه توليد می‌كنند به گرما تبديل نموده وتنها ده درصد انرژی برای باتری‌ها باقی می‌ماند و اين مورد برای طراحان نوت‌بوك كه قبلا نيز با مشكلات مربوط به افزايش دما مواجه بوده‌اند مسئله ساز است. تمام سيستم‌ها مقادير اندكی دی‌اكسيد كربن و بخار آب بيرون می‌دهند.
باتری‌های مبتنی بر fuel به تنهايی جوابگو نبوده و توان لازم را فراهم نمی‌سازند، بنابراين طرح‌های اوليه اين نوع باتری‌ها همچون پيش نمونه RFID يا Radio Frequency Identification reader با IP3 به همراه يك باتری يون ليتيوم عرضه می‌شوند. باتری مبتنی بر IP3 fuel علاوه بر فراهم ساختن انرژی به طور مستقيم برای خواننده RFID بتدريج باتری را شارژ می‌كند. دستگاه با يك كارتريج سوخت 55 سی‌سی 30 ساعت كار می‌كند (در مقايسه با 10 ساعت باتری‌های قديمی) توليد كنندگان ديگر در حال حاضر مشغول آزمايش برروی قطعات نيمه هادی با تعداد بسيار زياد خازن هستند كه بتوانند انرژی اضافی را برای موانع ضروری در اختيار كاربر قرار دهند.
Pinto می‌گويد: بيشترين سرمايه‌گذاری توشيبا بر روی باتری‌های متبنی بر fuel می‌باشد. سه شركت توشيبا، هيتاچی و NEC پيش نمونه‌ای از طرح‌های Awap bay خود را كه به يك نوت بوك يا دستگاه دستی متصل می‌شود، نشان داده‌اند. اما محصولات واقعی تا زمان رفع مشكلات مربوط به استانداردها به بازار نخواهند آمد. برای پذيرش كامل يك محصول يك تركيب سوخت استاندارد و طرح مناسب كارتريج مورد نياز است. در ضمن رگلاتورها نيز بايد از نظر ايمن بودن (به خصوص در هواپيماها) تصويب شوند. به دست آوردن تاييديه Federal Aviation Administration برای حمل مخازن قابل اشتعال متان به وسيله هواپيما كار اسانی نيست بخصوص با ممنوعيت اخير در مورد افروزنده‌های بوتان.
Ozbek می‌گويد، سازندگان باتری های مبتنی بر fuel پيشرفت‌های مهمی در شش ماه گذشته داشته‌اند و توانسته‌اند اندازه باتری را تا 50 درصد كاهش داده و چگالی انرژی يون ليتيوم را افزايش دهند.
اولين باتری‌های fuel در سال جاری عرضه خواهند شد. پس از آن چند هزار باتری در سال 2007 و تعداد بيشماری در سال 2010 در اختيار مصرف‌كنندگان قرار خواهد گرفت.
تا آن زمان كاربران بايد با نمايشگرهای كم نور و نه چندان واضح بسازند و از طرح‌هايی برای صرفه‌جويی در توان استفاده كنند. اين طرح‌ها می‌توانند به كاربران كمك كنند. اما طرح‌های صرفه‌جويی كننده توان به تنهايی نمی‌توانند اختلاف توان موجود را از بين ببرند.
Sara Bradford تحليلگر شركت Frost & Sullivan در سان آنتونيو می‌گويد: وقتی صحبت از باتری‌های يون ليتيوم می‌شود، كاربرانی كه به دنبال گزينه‌های ارزان می‌باشند با اشتياق از اين باتری‌ها استقبال می‌كنند. باتری‌های يون ليتيوم عموما ايمن هستند اما به سطح بالايی از كنترل كيفيت در فرآيند توليد نياز دارند. كارخانه‌های سازنده اين نوع باتری‌ها هميشه استاندارد‌های لازم را رعايت نمی‌كنند. در واقع اين باتری‌ها بيشتر به عنوان باتری‌های جايگزين در هنگام بروز مشكلات مناسب می‌باشند.
Joe Lamoreux، قائم مقام و مدير كل شركت Valence در تگزاس می‌گويد، تحت شرايط خاص باتری‌های يون ليتيوم با گرم شدن بيش از حد ( تا 800 درجه سليسوس) از كار می‌افتند. valence يك باتری پليمر يون ليتيوم خارجی برای نوت‌بوك ساخته است كه اكسيد كبالت را با يك تكنولوژی سودمندتر فسفات جايگزين می‌سازد. تكنولوژی فوق خطر گرمای بيش از حد را كاهش می‌دهد. اما اين باتری‌ها بسيار گرانتر بوده و چگالی انرژی آنها نيز 20 درصد كمتر از باتری‌های يون ليتيوم مبتنی بر كبالت می‌باشد.
Donald Sadoway متخصص باتری و استاد مهندسی مواد در MIT می‌گويد، استفاده نامناسب نيز می‌تواند باعث انفجار باتری شود. باتری‌ها به يك جريان شارژ خاص نياز دارند. باتری‌های ارزان قيمت ممكن است مانند ديگر باتری‌ها به نظر آيند اما به جريان شارژ ضعيف‌تری نياز دارند و هنگامی كه كاربر آن را (با جريان شارژ بالاتر) بر روی شارژ قرار می‌دهد، باتری از كار می‌افتد، زيرا باتری بايد با جريان ضعيف‌تری شارژ شود. در صورتيكه يك منبع انرژی خاص يك دستگاه به دستگاه ديگری وصل شود نيز همين اتفاق خواهد افتاد. اين اتفاق معمولا می‌افتد زيرا بسياری از منابع انرژی برای دستگاه‌های مختلف قابل اتصال هستند. بنابراين در صورتيكه دارای منابع انرژی مختلف هستيد آنها را بر چسب‌گذاری نموده تا با يكديگر اشتباه نگيريد.
Sadoway می‌گويد، اگر جريان بالای شارژ را به طور ناگهانی كاهش دهيد باتری منفجر می‌شود. اگر واقعا می‌خواهيد با بی احتياطی عمل كنيد جريان بالا را يكدفعه كاهش داده و باتری را با سرعت زياد شارژ كنيد. البته اين مورد را توليد كنندگان بايد در نظر داشته باشند.
Kurt Kelty مدير بخش توسعه تجاری آزمايشگاه Panasonic Energy Solutions می‌گويد: انفجار باتری در واقع يك كلمه اغراق‌آميز است. در بعضی موارد فشار و دمای ايجاد شده توسط فعل وانفعالات شيميمايی خارج از كنترل سبب باز شدن باتری می‌شود. در واقع مقداری دود از آن خارج می‌شود. اتفاقی كه در اينجا می‌افتد اين است كه به علت رويداد حرارتی در داخل باتری، دما و فشار بالا رفته و به نقطه‌ای می‌رسد كه باتری آسيب می‌بيند. بخش‌های داخلی در معرض اكسيژن و رطوبت هوا هستند كه دود را ايجاد می‌كند. مصرف‌كنندگان كه شكاف ايجاد شده را می‌بينند نتيجه‌گيری می‌كنند كه باتری منفجر شده است.
اما گاهی اوقات باتری نشتی داشته و به دستگاه آسيب می‌رساند. در حال حاضر مشكل امنيت وجود دارد بخصوص در مورد باتری‌هايی كه در چين توليد می‌شوند.
بنابراين از آنجاييكه قيمت نوت‌بوك گران بوده و قيمت باتری‌های يون ليتيوم روز به روز كاهش می‌يابد، بهترين كاری كه می‌توان انجام داد استفاده از باتری‌های جايگزين معروف می‌باشد.
Sadoway می‌گويد، سعی كنيد باتری‌هايی را خريداری كنيد كه توليد كنندگان اصلی تجهيزات توصيه نموده‌اند. اگر بخواهيد به فكر كاهش هزينه باشيد امنيت دستگاه خود را به خطر انداخته‌ايد.
افزايش عمر باتری
يك باتری لپ‌تاپ بايد دو تا سه سال عمر كند اما بسياری از كاربران بسيار كمتر از اين زمان را دارند. در اينجا 6 نكته برای حداكثر استفاده از باتری‌های يون ليتيوم آورده شده است:
- به دليل ارزانی باتری آن را خريداری نكنيد. اين نوع باتری‌های ارزان قيمت در هنگام استفاده يا شارژ شدن بيش از اندازه داغ شده و از كار می‌افتند.
- هميشه از باتری و شارژر توصيه شده استفاده كنيد. شارژری كه جريان بسيار بالايی ايجاد می‌كند می‌تواند موجب خرابی باتری شود. از آنجاييكه سيم‌های منابع ذخيره مختلف قابل اتصال به دستگاه‌های مختلف هستند اين سيم‌ها را بر چسب‌گذاری كنيد تا آنها را با يكديگر اشتباه نگيريد.
- در پايان روز و يا وقتی كه لپ‌تاپ را استفاده نمی‌كنيد آن را خاموش كنيد.
- باتری‌ها را با 40 درصد شارژ در يك محل خنك نگهداری كنيد. نگهداری باتری در يخچال می‌تواند عمر باتری را حفظ كند.
- در صورت گرم‌شدن باتری شارژ كردن آن را متوقف سازيد. داغ شدن زياد باتری را نابود می‌كند.
- قبل از تخليه شدن كامل باتری آن رامجددا شارژ نماييد. در مورد باتری‌های ثانويه و باتری‌های ذخيره نيز اينكار را انجام دهيد.
