Ličio baterijos buvo neatsiejama nuo mūsų gyvenimo dešimtmečius ir yra būtinos įvairiems elektroniniams prietaisams. Tačiau kodėl ličio baterijos tapo tokios populiarios ir ar yra geresnių alternatyvų? Kas vieną dieną galėtų visiškai pakeisti ličio baterijas?
Kas yra ličio baterijos?
Ličio baterijos (ličio jonų baterijos) šiandien yra labiausiai paplitusios baterijos. Ličio baterijų idėją 1976 metais pirmą kartą pasiūlė britų chemikas Michaelas Stanley Whittinghamas. Ličio baterijos pirmą kartą tapo plačiai prieinamos po kelerių metų, 1991 m., kai jos buvo pradėtos gaminti masiškai.
Ličio baterijos gali būti įvairių formų, o labiausiai žinomi variantai, įskaitant ličio geležies fosfatas, ličio kobalto oksidas, ličio mangano oksidas ir ličio nikelio mangano kobaltas oksidas. Šiose baterijose yra mažų maitinimo elementų, kurių kiekvienas susideda iš teigiamo elektrodo (katodo), neigiamo elektrodo (anodo) ir elektrolito.
Ląstelėje ličio jonai juda tarp teigiamų ir neigiamų elektrodų, o elektrolitas veikia kaip judėjimo vektorius. Ličio jonai (Li+) turi teigiamą krūvį, todėl juos traukia neigiamas elektrodas. Du elektrodai taip pat sudaryti iš pagrindinių komponentų. Įprastos ličio kobalto oksido baterijos atveju katodas yra pagamintas iš ličio kobalto oksido, o anodas paprastai yra pagamintas iš anglies junginio, žinomo kaip grafitas.
Katodas atiduos dalį teigiamų ličio jonų, kurie per elektrolitą nukeliauja į anodą, išskirdami energiją, kurią baterija naudos savo galiai. Šiuo greitu ir paprastu procesu dabar naudojasi milijardai žmonių visame pasaulyje, kurdami savo įrenginius.
Daugelis ličio jonų akumuliatorių gamintojų yra vienkartiniai. Nors jie gali maitinti įrenginį savaites, mėnesius ar net metus, jį reikia išmesti ir pakeisti, kai tik išsenka baterija. Tačiau įkraunamos ličio baterijos dabar yra labai populiarūs, nes gali sutaupyti vartotojų pinigų ir gaminti mažiau atliekų.
Bet kodėl būtent ličio baterijos yra geriausias pasirinkimas? Kas daro juos tokia patrauklia gamintojams ir vartotojams?
Kodėl mes naudojame ličio baterijas?
Daugiausia naudojame ličio baterijas, nes jų tarnavimo laikas yra ilgas, palyginti su kitų tipų baterijomis. Gamintojai nori gaminti ir parduoti baterijas, kurios energiją tiektų kelias dienas, išliktų lengvos ir kompaktiškos. Be to, pasak Švarios energijos institutas, Ličio jonų baterijų savaiminio išsikrovimo lygis yra labai mažas – maždaug 1–2 % per mėnesį, o tai reiškia, kad kiekvieną kartą naudojant jie praranda mažesnę bendros galios procentinę dalį.
Ličio jonų baterijos gali gaminti energiją naudojant paprastą cheminį procesą, todėl gamintojams jos yra labai patrauklios. Be to, dėl ličio jonų baterijų energijos tankio jie yra labiausiai pageidaujami. Standartinės ličio jonų baterijos talpa yra 260–270 wh/kg (vatvalandės vienam kilogramui), o švino rūgšties baterijos gali pasiekti tik 50–100 wh/kg (kaip nurodyta). Laumžirgio energija). Ličio jonų baterijų energijos tankis taip pat yra pagrindinė priežastis, kodėl jos yra dažniausiai naudojamas elektrinėse transporto priemonėse.
Dėl šių veiksnių ličio baterijos yra populiarios tarp plačiosios visuomenės ir nėra brangios pirkti. Nors tam tikrų gamintojų ar modelių baterijos gali būti brangesnės, standartinės ličio baterijos paprastai yra gana prieinamos ir parduodamos milijonuose parduotuvių visame pasaulyje.
Tačiau ličio jonų baterijos jokiu būdu nėra tobulos. Tiesą sakant, yra keletas akivaizdžių problemų, susijusių su šiuo neįtikėtinai populiariu energijos šaltiniu.
Problema su ličio baterijomis
Viena didžiausių problemų, susijusių su ličio jonų baterijomis, yra didžiulis jų sukuriamų atliekų kiekis. Daugelis žmonių nusprendžia išmesti baterijas kartu su įprastomis šiukšlėmis, kai baigiasi maitinimas, o tai kenkia aplinkai.
Kai ličio jonų baterijos šalinamos kartu su kitomis bendromis, neperdirbamomis atliekomis, jos patenka į sąvartyną. Nusileidę čia, jų komponentai gali išsiplauti ir smarkiai pakenkti supančiai aplinkai. Litis, nikelis, kobaltas ir manganas gali kelti rimtą užteršimo pavojų ir yra įvairių tipų ličio baterijose.
Be to, šio tipo baterijų ličio ekstrakcija taip pat kenkia mūsų planetai. Litis gali būti išgaunamas kasant druską arba išgarinant, o abu procesai daro neigiamą poveikį aplinkai. Užterštumas, padidėjęs vandens druskingumas, CO2 išmetimas ir biologinės įvairovės nykimas yra nerimą keliantis šalutinis ličio gavybos poveikis.
Atsižvelgiant į tai, kad 2020–2026 m. ličio baterijų rinka turėtų išaugti 14,6 proc. (kaip pranešė Statista), tikėtina, kad ličio gavybos procesas ir toliau kels grėsmę aplinkai. Tai taip pat a didėjantis susirūpinimas elektromobilių gamybos pramonėje.
Taigi, kokios yra alternatyvos?
4 geriausios ličio baterijų alternatyvos
1. Sūrio vandens baterijos
Sūrūs vandenynai dengia du trečdalius mūsų planetos. Taigi, kaip šis išteklius gali būti panaudotas energijos gamybai?
Sūraus vandens baterijos naudoja koncentruotą druskos tirpalą energijai gaminti. Sūrio vandens baterijose taip pat yra anodas ir katodas, o druskos tirpalas veikia kaip teigiamų natrio jonų (Na+ jonų) elektrolitas (arba vektorius). Natrio jonai keliauja nuo katodo iki anodo, gamindami energiją.
Tikrasis jūros vanduo sūraus vandens baterijose nenaudojamas, tačiau iš vandenyno galima surinkti didelį kiekį druskos ir panaudoti šioms baterijoms. Sūraus vandens naudojimas baterijų gamybai gali būti daug mažiau žalingas aplinkai nei ličio, kobalto, nikelio ir kitų baterijose naudojamų metalų gavybos procesai.
2. Stiklinės baterijos
Stiklinės baterijos gali skambėti šiek tiek neįprastai, tačiau jos turi didelį potencialą. Stiklinė baterija yra palyginti nauja idėja, pirmą kartą konceptualizuota fiziko Johno Goodenougho 2017 m. Ši baterija, žinoma kaip „Goodenough baterija“, naudoja stiklą kaip elektrolitą. Nors akumuliatoriaus elektrolitai dažniausiai būna skysto pavidalo, stiklinė baterija yra visiškai kieta.
Kietojo elektrolito naudojimas yra daug saugesnis nei skystųjų elektrolitų, todėl sumažėja gaisrų tikimybė ir pašalinama išplovimo sąvartynuose rizika. Be to, stiklinė baterija gali tarnauti ilgiau nei ličio jonų akumuliatoriai, todėl apskritai jie yra tvaresnė alternatyva. Natris taip pat naudojamas stiklinėje baterijoje, kuri, kaip minėta aptariant sūraus vandens baterijas, yra tausesnis išteklius nei tradiciniai baterijų metalai.
3. Natrio-sieros baterijos
Natrio ir sieros (NaS) baterijos yra skystos būsenos baterijos, kuriose naudojami išlydyti anodai ir katodai. Šiuo atveju anodas ir katodas yra skysto pavidalo, pirmasis yra išlydytas natris, o antrasis – išlydyta siera. Šios baterijos egzistavo nuo septintojo dešimtmečio, kol nebuvo išrastas ličio jonų akumuliatorius. Bet kokį potencialą mūsų pasaulyje turi NaS baterija?
Pagrindinis natrio-sieros baterijų pranašumas yra didesnis energijos tankis nei ličio jonų akumuliatorių. Faktiškai, Sidnėjaus universiteto mokslininkai sukūrė natrio-sieros akumuliatorių, kurio energijos talpa keturis kartus viršija ličio jonų baterijas, 2022 m. Be to, natrio ir sieros akumuliatoriai yra mažiau toksiški nei ličio jonų akumuliatoriai, o tai yra gera žinia aplinkai.
4. Kanapių baterijos
Nemanysite, kad kanapės gali pakeisti ličio jonų baterijas, tačiau šis augalas dar kartą įrodė savo universalumą. Tačiau šios baterijos turi įspėjimą: jose vis dar naudojami sunkieji metalai, tokie kaip ličio.
Ekologinis laikrodis praneša, kad vienas iš 2022 m. mokslininkų sukurto kanapėmis varomų baterijų pavyzdžiu energijos gamybos procese naudoja litį ir sierą. Skirtumas yra tas, kad kiti sunkieji metalai, tokie kaip nikelis ar kobaltas, nenaudojami, o pati baterija pasižymi geresnėmis savybėmis, palyginti su tradiciniais ličio jonų variantais. Taip yra todėl, kad kanapės padeda katodui pratęsti jo tarnavimo laiką per pasikartojančius ciklus.
Kanapių baterijos taip pat yra ekonomiškesnės ir svarstomos dėl jų naudojimo elektrinėse transporto priemonėse. Norėdami sužinoti apie skirtingus EV baterijų tipus, peržiūrėkite mūsų skirtas kūrinys šiai temai.
Ateityje baterijų pramonė gali tapti daug ekologiškesnė
Jau kuriamos tokios perspektyvios ličio jonų baterijų alternatyvos, todėl įdomu galvoti apie baterijų pramonės ateitį. Jei tokios alternatyvos bus sėkmingai komercializuotos, galime išvengti daugybės aplinkosaugos problemų ir nelaimių. Apskritai, ličio jonų keitimas naudingas visiems!