Baterije na osnovi litija so že desetletja sestavni del našega življenja in so potrebne za različne elektronske naprave. Toda zakaj so baterije na osnovi litija postale tako priljubljene in ali obstajajo boljše alternative? Kaj bi lahko nekega dne v celoti nadomestilo litijeve baterije?
Kaj so litijeve baterije?
Baterije na osnovi litija (litij-ionske baterije) so danes najpogostejša vrsta baterij. Zamisel o baterijah na osnovi litija je leta 1976 prvič predlagal Michael Stanley Whittingham, britanski kemik. Baterije na osnovi litija so postale komercialno dostopne v širokem obsegu nekaj let pozneje, leta 1991, ko so šle v množično proizvodnjo.
Baterija na osnovi litija je lahko v številnih oblikah, med najbolj opaznimi različicami je litij železov fosfat, litij kobaltov oksid, litij manganov oksid in litij nikelj mangan kobalt oksid. Te baterije vsebujejo majhne napajalne celice, od katerih je vsaka sestavljena iz pozitivne elektrode (katoda), negativne elektrode (anoda) in elektrolita.
Znotraj celice se litijevi ioni premikajo med pozitivno in negativno elektrodo, pri čemer elektrolit deluje kot vektor gibanja. Litijevi ioni (Li+) imajo pozitiven naboj in jih zato privlači negativna elektroda. Dve elektrodi sta prav tako sestavljeni iz ključnih komponent. V primeru običajne litij-kobaltove baterije je katoda izdelana iz litij-kobaltovega oksida, medtem ko je anoda običajno izdelana iz spojine na osnovi ogljika, znane kot grafit.
Katoda bo oddala nekaj svojih pozitivnih litijevih ionov, ki nato potujejo do anode skozi elektrolit, pri čemer se sprosti energija, ki jo bo baterija porabila za svojo moč. Na ta hiter in preprost postopek se zdaj zanašajo milijarde ljudi po vsem svetu za napajanje svojih naprav.
Številne znamke litij-ionskih baterij so za enkratno uporabo. Čeprav lahko napravo napajajo tedne, mesece ali celo leta, jo je treba zavreči in zamenjati, ko se baterija izprazni. vendar baterije za ponovno polnjenje na osnovi litija so zdaj zelo priljubljeni, saj lahko uporabnikom prihranijo denar in proizvedejo manj odpadkov.
Toda zakaj so litijeve baterije najboljša izbira? Zakaj so tako privlačna možnost za proizvajalce in potrošnike?
Zakaj uporabljamo baterije na osnovi litija?
Uporabljamo predvsem baterije na osnovi litija zaradi njihove dolge življenjske dobe v primerjavi z drugimi vrstami baterij. Proizvajalci želijo proizvajati in prodajati baterije, ki zagotavljajo energijo nekaj dni, hkrati pa ostanejo lahke in kompaktne. Poleg tega glede na Inštitut za čisto energijo, imajo litij-ionske baterije zelo nizko samopraznjenje, približno 1-2 % na mesec, kar pomeni, da ob vsaki uporabi izgubijo manjši odstotek svoje skupne zmogljivosti.
Litij-ionske baterije lahko proizvajajo energijo s preprostim kemičnim postopkom, zaradi česar so zelo privlačna možnost za proizvajalce. Če k temu dodamo, so litij-ionske baterije zaradi energijske gostote najbolj priljubljena možnost. Standardna litij-ionska baterija ima kapaciteto 260-270 wh/kg (vatnih ur na kilogram), medtem ko lahko svinčeno-kislinske baterije dosežejo le kapaciteto 50-100 wh/kg (v skladu z Energija kačjih pastirjev). Energetska gostota litij-ionskih baterij je tudi ključni razlog, zakaj so pogosto uporablja v električnih vozilih.
Zaradi teh dejavnikov so baterije na osnovi litija priljubljene med splošno javnostjo in jih ni drago kupiti. Medtem ko imajo lahko nekatere znamke ali modeli baterij višjo ceno, so standardne baterije na osnovi litija na splošno precej dostopne in na voljo v milijonih trgovin po vsem svetu.
Toda litij-ionske baterije nikakor niso popolne. Pravzaprav obstaja nekaj očitnih težav, povezanih s tem neverjetno priljubljenim virom energije.
Težava z baterijami na osnovi litija
Ena največjih težav, povezanih z litij-ionskimi baterijami, je velika količina odpadkov, ki jih ustvarijo. Mnogi se odločijo, da bodo baterije, ko jim zmanjka energije, odvrgli med običajne odpadke, kar je škodljivo za okolje.
Ko litij-ionske baterije odvržemo skupaj z drugimi običajnimi odpadki, ki jih ni mogoče reciklirati, končajo na odlagališču. Ko pristanejo tukaj, se lahko njihove komponente izlužijo in resno poškodujejo okoliško okolje. Litij, nikelj, kobalt in mangan lahko predstavljajo resno tveganje za onesnaženje in so vsi prisotni v različnih tipih baterij na osnovi litija.
Še več, pridobivanje litija za to vrsto baterije škoduje tudi našemu planetu. Litij je mogoče pridobivati z rudarjenjem soli ali izhlapevanjem, pri čemer imata oba postopka grd učinek na okolje. Kontaminacija, povečana slanost vode, emisije CO2 in izguba biotske raznovrstnosti so zaskrbljujoči stranski učinki pridobivanja litija.
Glede na to, da naj bi se trg litijevih baterij med letoma 2020 in 2026 povečal za 14,6 odstotka (kot poroča Statista), je verjetno, da bo proces pridobivanja litija še naprej ogrožal okolje. To je tudi a vse večjo zaskrbljenost v industriji proizvodnje električnih vozil.
Torej, kakšne so alternative?
4 najboljše alternative baterijam na osnovi litija
1. Baterije s slano vodo
Oceani s slano vodo pokrivajo dve tretjini našega planeta. Torej, kako se lahko ta vir uporabi za proizvodnjo električne energije?
Baterije s slano vodo za proizvodnjo energije uporabljajo koncentrirano raztopino soli. Baterije s slano vodo vsebujejo tudi anodo in katodo, pri čemer fiziološka raztopina deluje kot elektrolit (ali vektor) za pozitivne natrijeve ione (ione Na+). Natrijevi ioni potujejo od katode do anode in proizvajajo energijo.
Prava morska voda se ne uporablja v baterijah s slano vodo, vendar se lahko velike količine soli poberejo iz oceana in uporabijo za te baterije. Uporaba slane vode za izdelavo baterij bi lahko bila okolju veliko manj škodljiva kot postopki ekstrakcije, ki se uporabljajo za litij, kobalt, nikelj in druge kovine, ki se uporabljajo v baterijah.
2. Steklene baterije
Steklene baterije se morda slišijo nekoliko nenavadno, vendar imajo velik potencial. Steklena baterija je razmeroma nova ideja, ki jo je prvi konceptualiziral fizik John Goodenough leta 2017. Ta baterija, znana kot "Goodenough baterija", uporablja steklo kot elektrolit. Medtem ko so baterijski elektroliti običajno v tekoči obliki, je steklena baterija popolnoma trdna.
Uporaba trdnega elektrolita je bistveno varnejša od tekočih elektrolitov, saj zmanjšuje možnost požarov in odpravlja tveganje izpiranja na odlagališčih. Še več, steklena baterija bi lahko zdržala dlje kot litij-ionske baterije, zaradi česar so na splošno bolj trajnostna alternativa. Natrij se uporablja tudi v stekleni bateriji, ki je, kot je bilo omenjeno pri razpravi o baterijah s slano vodo, bolj trajnosten vir kot tradicionalne kovinske baterije.
3. Natrijeve žveplove baterije
Natrijeve žveplove (NaS) baterije so oblika tekočih baterij, ki uporabljajo staljene anode in katode. V tem primeru sta anoda in katoda v tekoči obliki, pri čemer je prva staljeni natrij, druga pa staljeno žveplo. Te baterije obstajajo že od leta 1960, preden je bila izumljena litij-ionska baterija. Toda kakšen potencial ima baterija NaS v našem svetu?
Velika prednost natrijevih žveplovih baterij je njihova večja energijska gostota kot litij-ionske baterije. Pravzaprav, raziskovalci na Univerzi v Sydneyju je leta 2022 ustvaril natrijevo-žveplovo baterijo s štirikratno energijsko zmogljivostjo litij-ionskih baterij. Še več, natrijevo-žveplove baterije so manj strupene kot litij-ionske baterije, kar je dobra novica za okolje.
4. Konopljine baterije
Ne bi si mislili, da lahko konoplja nadomesti litij-ionske baterije, vendar je ta rastlina znova dokazala svojo vsestranskost. Vendar pa imajo te baterije opozorilo: za delovanje še vedno uporabljajo težke kovine, kot je litij.
Eco Watch poroča, da en primer baterije na konopljo, ki so jo razvili raziskovalci leta 2022, uporablja litij in žveplo v svojem procesu pridobivanja energije. Razlika je v tem, da se ne uporabljajo druge težke kovine, kot sta nikelj ali kobalt, sama baterija pa ima izboljšano zmogljivost v primerjavi s tradicionalnimi litij-ionskimi različicami. To je zato, ker konoplja s ponavljajočimi se cikli pomaga podaljšati življenjsko dobo katode.
Baterije na osnovi konoplje so tudi stroškovno učinkovitejše in se razmišljajo o uporabi v električnih vozilih. Če želite izvedeti več o različnih vrstah baterij za električna vozila, si oglejte naše namenski prispevek na to temo.
Industrija baterij bi lahko v prihodnosti postala veliko bolj zelena
Ob tako obetavnih alternativah litij-ionskim baterijam, ki so že v pripravi, je vznemirljivo razmišljati o prihodnosti industrije baterij. Če takšne alternative uspešno tržimo, lahko preprečimo nešteto okoljskih težav in katastrof. Skratka, litij-ionski nadomestki so zmagovalni!
