Батерије засноване на литијуму су деценијама саставни део наших живота и потребне су за разне електронске уређаје. Али зашто су батерије засноване на литијуму постале толико популарне и да ли су тамо боље алтернативе? Шта би једног дана могло у потпуности да замени литијумске батерије?
Шта су литијумске батерије?
Батерије на бази литијума (литијум-јонске батерије) су данас најчешћи тип батерија. Идеју о батеријама на бази литијума први је предложио 1976. године Мајкл Стенли Витингем, британски хемичар. Батерије засноване на литијуму први пут су постале комерцијално доступне у широком опсегу неколико година касније, 1991. године, када су ушле у масовну производњу.
Батерија заснована на литијуму може доћи у многим облицима, са најистакнутијим варијантама укључујући литијум гвожђе фосфат, литијум кобалт оксид, литијум манган оксид и литијум никл манган кобалт оксид. Ове батерије садрже мале ћелије снаге, од којих се свака састоји од позитивне електроде (катоде), негативне електроде (аноде) и електролита.
Унутар ћелије, литијум јони се крећу између позитивне и негативне електроде, при чему електролит делује као вектор кретања. Литијум јони (Ли+) имају позитивно наелектрисање и стога их привлаче негативна електрода. Две електроде су такође састављене од кључних компоненти. У случају типичне литијум кобалт оксидне батерије, катода је направљена од литијум кобалт оксида, док је анода обично направљена од једињења на бази угљеника познатог као графит.
Катода ће одати неке од својих позитивних литијум јона, који затим путују до аноде кроз електролит, ослобађајући енергију коју ће батерија користити за своју излазну снагу. На овај брз и једноставан процес сада се ослањају милијарде људи широм света да би подстакли своје уређаје.
Многи брендови литијум-јонских батерија су за једнократну употребу. Иако могу да напајају уређај недељама, месецима или чак годинама, мора се одложити и заменити када се батерија испразни. Међутим, пуњиве литијумске батерије су сада веома популарни, јер могу уштедети новац корисницима и произвести мање отпада.
Али зашто су, тачно, литијумске батерије најбољи избор? Шта их чини тако привлачном опцијом за произвођаче и потрошаче?
Зашто користимо литијумске батерије?
Углавном користимо батерије на бази литијума због њиховог дугог века трајања у поређењу са другим типовима батерија. Произвођачи желе да производе и продају батерије које испоручују енергију неколико дана, а да притом остану лагане и компактне. Штавише, према Институт чисте енергије, Литијум-јонске батерије имају веома ниско самопражњење од око 1-2% месечно, што значи да губе мањи проценат свог укупног капацитета снаге сваки пут када се користе.
Литијум-јонске батерије могу произвести енергију једноставним хемијским процесом, што их чини веома атрактивном опцијом за произвођаче. Додатно томе, густина енергије литијум-јонских батерија их чини најпожељнијом опцијом. Стандардна литијум-јонска батерија има капацитет од 260-270вх/кг (ват-сати по килограму), док оловно-киселинске батерије могу достићи капацитет од само 50-100вх/кг (према Драгонфли Енерги). Густина енергије литијум-јонских батерија је такође кључни разлог зашто су обично се користе у електричним возилима.
Због ових фактора, литијумске батерије су популарне међу широм публиком и нису скупе за куповину. Док одређени брендови или модели батерија могу имати вишу цену, стандардне литијумске батерије су генерално прилично приступачне и доступне у милионима продавница широм света.
Али литијум-јонске батерије никако нису савршене. У ствари, постоје неки очигледни проблеми повезани са овим невероватно популарним извором напајања.
Проблем са литијумским батеријама
Један од највећих проблема повезаних са литијум-јонским батеријама је сама количина отпада који стварају. Многи људи одлучују да одлажу батерије путем редовног отпада када им понестане струје, што је штетно по животну средину.
Када се литијум-јонске батерије одлажу заједно са другим општим отпадом који се не може рециклирати, оне завршавају на депонији. Једном када слете овде, њихове компоненте могу испрати и озбиљно оштетити околину. Литијум, никл, кобалт и манган могу представљати озбиљне ризике од контаминације и сви су присутни у различитим типовима батерија на бази литијума.
Штавише, екстракција литијума за овај тип батерија такође штети нашој планети. Литијум се може екстраховати ископавањем соли или испаравањем, при чему оба процеса имају гадан утицај на животну средину. Контаминација, повећан салинитет воде, емисије ЦО2 и губитак биодиверзитета су забрињавајући споредни ефекти екстракције литијума.
С обзиром на то да се очекује да ће тржиште литијумских батерија порасти за 14,6 одсто између 2020. и 2026. Статиста), вероватно је да ће процес екстракције литијума наставити да представља претњу по животну средину. Ово је такође а растућа забринутост у индустрији производње електричних возила.
Дакле, које су алтернативе?
4 најбоље алтернативе батерија на бази литијума
1. Салтватер Баттериес
Слани океани покривају две трећине наше планете. Дакле, како се овај ресурс може користити за производњу електричне енергије?
Батерије са сланом водом користе концентровани слани раствор за производњу енергије. Батерије са сланом водом такође садрже аноду и катоду, при чему физиолошки раствор делује као електролит (или вектор) за позитивне натријумове јоне (јоне На+). Јони натријума путују од катоде до аноде, производећи енергију.
Права морска вода се не користи у батеријама са сланом водом, али се велике количине соли могу сакупити из океана и користити за ове батерије. Коришћење слане воде за прављење батерија може бити далеко мање штетно за животну средину од процеса екстракције који се користе за литијум, кобалт, никл и друге метале који се користе у батеријама.
2. Стаклене батерије
Стаклене батерије могу звучати мало необично, али имају велики потенцијал. Стаклена батерија је релативно нова идеја, коју је први концептуализовао физичар Јохн Гооденоугх 2017. Ова батерија, позната као "Гооденоугх батерија", користи стакло као електролит. Док електролити батерија обично долазе у течном облику, стаклена батерија је потпуно чврста.
Употреба чврстог електролита је знатно безбеднија од течних електролита, смањујући могућност пожара и уклањајући ризик од испирања на депонијама. Штавише, стаклена батерија би могла да траје дуже од литијум-јонских батерија, што их чини одрживијом алтернативом уопште. Натријум се такође користи у стакленој батерији, која је, као што је поменуто када се говори о батеријама са сланом водом, одрживији ресурс од традиционалних металних батерија.
3. Натријум-сумпорне батерије
Натријум-сумпорне (НаС) батерије су облик батерија у течном стању које користе растопљене аноде и катоде. У овом случају, анода и катода долазе у течном облику, при чему је прва растопљени натријум, а друга растопљени сумпор. Ове батерије постоје од 1960-их пре него што је изумљена литијум-јонска батерија. Али какав потенцијал има НаС батерија у нашем свету?
Главна предност натријум-сумпорних батерија је њихова већа густина енергије од литијум-јонских батерија. Заправо, истраживачи са Универзитета у Сиднеју створио натријум-сумпорну батерију са четири пута већим енергетским капацитетом од литијум-јонских батерија 2022. Штавише, натријум-сумпорне батерије су мање токсичне од литијум-јонских батерија, што је добра вест за животну средину.
4. Конопљине батерије
Не бисте помислили да конопља има потенцијал да замени литијум-јонске батерије, али ова биљка је још једном доказала своју свестраност. Међутим, ове батерије долазе са упозорењем: оне и даље користе тешке метале као што је литијум за рад.
Еко сат извештава да један пример батерије на погон конопље, коју су истраживачи развили 2022. године, користи литијум и сумпор у процесу производње енергије. Разлика је у томе што се други тешки метали, попут никла или кобалта, не користе, а сама батерија има побољшане перформансе у односу на традиционалне литијум-јонске варијанте. То је зато што конопља помаже катоди да продужи животни век кроз поновљене циклусе.
Батерије на бази конопље су такође исплативије и разматрају се за употребу у електричним возилима. Да бисте сазнали више о различитим типовима ЕВ батерија, погледајте наше посвећено дело на ту тему.
Индустрија батерија би могла постати много зеленија у будућности
Са тако обећавајућим алтернативама литијум-јонским батеријама које су већ у изради, узбудљиво је размишљати о будућности индустрије батерија. Ако се такве алтернативе успешно комерцијализују, можемо спречити безброј еколошких проблема и катастрофа. Све у свему, за литијум-јонске замене добијају сви!