Magnetna baterija

 Od izuma prve baterije leta 1800, ki mu je botroval Alessandro Volta (iz njegovega priimka izhaja tudi merska enota za električno napetost, Volt in se, kot vse enote, ki izhajajo iz priimkov ali imen, piše z veliko črko "V") in predvsem od tehnične izboljšave principa baterije 36 let kasneje s strani Johna Fredericka Daniella, ki je odpravil problem vodikovih mehurčkov v prvotni zasnovi baterije, se ta isti kemijski princip shranjevanja električne energije uporablja širom sveta v nešteto aplikacijah.
Industrija je sicer sčasoma obvladala princip izdelave, razvila nove, bolj učinkovite in lažje kombinacije materialov, ki zmorejo shraniti večjo količino energije na isto prostorsko enoto in so lažje, varnejše za uporabo, vendar je osnovni princip ves čas ostal enak - kemična reakcija, akumulacija oz. prisilno razbalansiranje koncentracije naboja, ki se skuša uravnovesiti ob sklenjenem tokokrogu.

Pretvorba energije

Že pred desetletjem sem se kot elektrotehnik na kratko ubadal z idejo, kako iz umetno ustvarjenega permanentnega magneta pridobiti električno energijo direktno, brez vmesne pretvorbe v mehansko ali kemično reakcijo. Prevzaprav so bile to iste ideje, kot kako pretvoriti toplotno energijo direktno v električno brez vmesnih pretvorb.
Po mojem mnenju pretvorbe ne samo da prinašajo določene izgube v proces, ampak v celoti anulirajo pomembno komponento v osnovnem stanju energijske akumulacije. Pretvorba preko mehanskih ali kemičnih sklopov namreč uporabi le manjši del razpoložljive energije na izvoru, ki je dovzetna za energijski prenos, upoštevajoč osnovne zakone prenosa in prevtvorbe energij na višjem nivoju.
S tem sicer ni nič narobe, pravzaprav je tak princip splošno in povsod v uporabi, je zelo zanesljiv in definitivno ima največjo stopnjo možnosti nadzora. Po drugi strani pa z omejevanjem na te osnovne, znane principe zavržemo večinski del energije, ki bi jo bilo možno koristno uporabiti.

Vzemimo primer obogatenega urana, ki je osnova za atomsko reakcijo. Če malo obnovimo teorijo, pri atomski fiziji sodeluje uran-235, ki ga zadenemo z dodatnim nevtronom (+1), nakar uranov atom razpade na dva nižja elementa, stroncij (95) in xenon (139), pri čemer ostaneta dva nevtrona (236-95-139=2) in celih 180 MeV (mega elektron Voltov) energije. Približno 7% te energije je gama sevanje, radiacija, preostalih 93% pa kinetična energija gibanja, ki se širi s hitrostjo 12.000 m/s (43.000 km/h). Po 2 preostala nevtrona iz te reakcije pri takšni hitrosti zadevajo nove atome urana in tako se verižna rekacija začne širiti z izredno hitrostjo, dokler se ne porabi ves preostali uran 235, ki je pač v dosegu. Pri tem gibanje ustvari več 10 milijonov stopinj Celzija visoke temperature, ki so skupaj udarnim valom in gama sevanjem pač željeni učinek atomske bombe.

Do odkritja enormne energije, ki se sprosti ob razpadu urana-235 na druga dva elementa, torej fisijske lastnosti urana, je veljal nekako ekvivalent energije pri izgorevanju, 1 tona urana = 16.000 ton premoga. Fino razpršeni delci urana gorijo pri 150-175 stopinjah Celzija. Se pravi, razmerje pri kemični reakciji gorenja urana napram premogu je približno 16.000:1 v korist urana.
Če pa govorimo o fisijski reakciji, cepljenju urana, pa se to razmerje poveča na 50.000.000:1, se pravi, dobimo več kot 3000-krat večji izkoristek le z uporabo drugačne metode pri istem gorivu!

Baterija na osnovi spina elektrona v magnetu

Kinetična energija eV "rotacije" elektronskega naboja okoli jedra atoma v permanentnih magnetih ima po mojih špekulacijah podobno oziroma še veliko večjo rezervo energije, kot smo jo sposobni izluščiti iz permanentnih magnetov, ki jih uporabljamo le kot pomoč pri indukciji v današnjih napravah. Že če se osredotočimo samo na dejstvo, da za magnetenje visoko koercitivnega Neodimijskega magneta porabimo tudi milijonkrat več elekrične energije, kot za polnjenje primerljivo velike elektrokemijske baterije, nam daje slutiti o visokih zalogah energije znotraj uniaksialne kristalne strukture permanentnega magneta.
Samo magnetenje materiala je učinek elektromegnetnega valovanja na usmerjenost magnetnih polov elektronov, ki so v ne-megnetnem materialu naključno usmerjeni v vse smeri po vseh 3 dimenzijah, zato tak material kot celota ne izkazuje neke posebne magnetne usmerjenosti. Ko pa z vplivim močnega EM polja polariziramo elektrone oz. jih vse usmerimo v isto smer, tako da imajo vsi severni pol usmerjen enako, pa to lastnost povzame tudi celoten material in več, kot je enako usmerjenih elektronov, večjo magnetno silo izkazujejo. Od strukture materiala, torej razporeditve atomov, njihove razdalje in stabilnosti pa je potem odvisno, kako koercitiven bo ta material, torej kako močno se bo upiral razmagnetenju.

Prvi eksperimenti pridobivanja električne energije direktno iz nano-delcev permanentnega magneta (vir:  Pham Nam Hai, The University of Tokyo)

Zamislimo si sedaj nasprotni učinek, torej razmagnetenje, ki bi kot posledico imelo vračanje vnešene električne energije, ki je povzročila magnetenje pri inicializaciji. Metoda je rahlo na meji znanstvene fantastike, saj razmagnetenje ne povzroča prehoda elektronov, ampak samo njihovo depolarizacijo, tako da sam učinek direktno ne more proizvesti električnega toka.
Če bi se pa spustili na atomsko raven in bi skupke Neodimijskih nano-magnetov enakomerno porazdelili med indukcijski sloj, ki bi razmagnetenje, torej spremembo polarizacije posameznega elektrona pretvoril v mikro električni impulz, bi pa definitivno ob razmagnetenju dobili nazaj vloženo električno energijo!
In če se spomnimo dejstva, kolikokrat večja je vložena energija v permanentnem magnetu napram bateriji na kemični osnovi, lahko zlahka ugotovimo, da bi baterije na osnovi magnetnega principa lahko shranile več 1000-krat ali celo milijonkrat več energije na isti volumen, kot sodobne kemične baterije! Pa tu še ni konec - polnjenje kemičnih baterij zahteva čas, ki je pogojen s kemično reakcijo, medtem ko magnetenje zahteva le močan impulz, kar pomeni da bi tako narejene baterije lahko uporabili tudi za aplikacije, kjer si jih dandanes niti ne moremo zamisliti:
- shranjevanje energije strele, kjer v kratkem času nastane ogromna količina energije
- baterije za električna vozila bi bile miniaturne, napolnile bi se v nekaj sekundah in bi trajale po mesec ali več
- električne naprave bi z energijo napolnil že kar proizvajalec in ne bi rabile električnega priključka

Skratka, možnosti so neomejene, le princip je potrebno kot prvo, dokazati in kot drugo, dodelati do uporabnega nivoja.