Baterije na bazi litija već su desetljećima sastavni dio naših života i potrebne su za razne elektroničke uređaje. Ali zašto su baterije na bazi litija postale tako popularne i postoje li bolje alternative? Što bi jednog dana moglo u potpunosti zamijeniti baterije na bazi litija?
Što su baterije na bazi litija?
Baterije na bazi litija (litij-ionske baterije) danas su najčešći tip baterija. Ideju o baterijama na bazi litija prvi je predložio 1976. Michael Stanley Whittingham, britanski kemičar. Baterije na bazi litija postale su komercijalno dostupne nekoliko godina kasnije, 1991., kada su krenule u masovnu proizvodnju.
Baterija na bazi litija može doći u mnogo oblika, a najistaknutije varijante uključuju litij željezni fosfat, litij kobalt oksid, litij mangan oksid i litij nikal mangan kobalt oksid. Ove baterije sadrže male energetske ćelije, od kojih se svaka sastoji od pozitivne elektrode (katode), negativne elektrode (anode) i elektrolita.
Unutar ćelije, litijevi ioni kreću se između pozitivne i negativne elektrode, pri čemu elektrolit djeluje kao vektor kretanja. Litijevi ioni (Li+) imaju pozitivan naboj i stoga ih privlači negativna elektroda. Dvije elektrode također se sastoje od ključnih komponenti. U slučaju tipične litij-kobalt-oksidne baterije, katoda je izrađena od litij-kobalt-oksida, dok je anoda obično izrađena od spoja na bazi ugljika poznatog kao grafit.
Katoda će odati dio svojih pozitivnih litijevih iona, koji zatim putuju do anode kroz elektrolit, oslobađajući energiju koju će baterija koristiti za svoju izlaznu snagu. Milijarde ljudi diljem svijeta sada se oslanjaju na ovaj brzi i jednostavan postupak za napajanje svojih uređaja.
Mnoge marke litij-ionskih baterija su jednokratne. Iako mogu napajati uređaj tjednima, mjesecima ili čak godinama, mora ga se baciti i zamijeniti nakon što se baterija isprazni. Međutim, punjive baterije na bazi litija sada su vrlo popularni jer mogu uštedjeti novac korisnicima i proizvesti manje otpada.
Ali zašto su, točno, baterije na bazi litija najbolji izbor? Što ih čini tako privlačnom opcijom za proizvođače i potrošače?
Zašto koristimo baterije na bazi litija?
Uglavnom koristimo baterije na bazi litija zbog njihovog dugog vijeka trajanja u usporedbi s drugim vrstama baterija. Proizvođači žele proizvoditi i prodavati baterije koje daju snagu nekoliko dana, a da pritom ostanu lagane i kompaktne. Nadalje, prema Institut za čistu energiju, Litij-ionske baterije imaju vrlo nisko samopražnjenje od oko 1-2% mjesečno, što znači da gube manji postotak ukupnog kapaciteta energije svaki put kada se koriste.
Litij-ionske baterije mogu proizvesti energiju jednostavnim kemijskim procesom, što ih čini vrlo privlačnom opcijom za proizvođače. Dodajući tome, gustoća energije litij-ionskih baterija čini ih najpoželjnijom opcijom. Standardna litij-ionska baterija ima kapacitet od 260-270wh/kg (watt-sati po kilogramu), dok olovne baterije mogu doseći samo kapacitet od 50-100wh/kg (prema Dragonfly energija). Gustoća energije litij-ionskih baterija također je ključni razlog zašto su često se koristi u električnim vozilima.
Zbog ovih čimbenika, baterije na bazi litija popularne su u široj javnosti i nisu skupe za kupnju. Iako određene marke ili modeli baterija mogu imati višu cijenu, standardne baterije na bazi litija općenito su prilično pristupačne i dostupne u milijunima trgovina diljem svijeta.
Ali litij-ionske baterije nipošto nisu savršene. Zapravo, postoje neki očiti problemi povezani s ovim nevjerojatno popularnim izvorom energije.
Problem s baterijama na bazi litija
Jedan od najvećih problema povezanih s litij-ionskim baterijama je velika količina otpada koju stvaraju. Mnogi ljudi odlučuju odložiti baterije u obično smeće nakon što im ponestane struje, što šteti okolišu.
Kada se litij-ionske baterije odlože zajedno s drugim općim otpadom koji se ne može reciklirati, završavaju na odlagalištu. Jednom kada slete ovdje, njihove komponente mogu iscuriti i ozbiljno oštetiti okoliš. Litij, nikal, kobalt i mangan mogu predstavljati ozbiljne rizike od kontaminacije i svi su prisutni u raznim tipovima baterija na bazi litija.
Štoviše, ekstrakcija litija za ovaj tip baterije također šteti našem planetu. Litij se može ekstrahirati vađenjem soli ili isparavanjem, a oba procesa imaju neugodan učinak na okoliš. Kontaminacija, povećana slanost vode, emisije CO2 i gubitak bioraznolikosti zabrinjavajuće su nuspojave ekstrakcije litija.
S obzirom da se očekuje da će tržište litijevih baterija porasti za 14,6 posto između 2020. i 2026. (prema izvješću Statista), vjerojatno će proces ekstrakcije litija i dalje predstavljati prijetnju okolišu. Ovo je također a rastuća zabrinutost u industriji proizvodnje električnih vozila.
Dakle, koje su alternative?
4 najbolje alternative baterijama na bazi litija
1. Slane baterije
Oceani sa slanom vodom pokrivaju dvije trećine našeg planeta. Dakle, kako se ovaj resurs može koristiti za proizvodnju električne energije?
Baterije sa slanom vodom koriste koncentriranu slanu otopinu za proizvodnju energije. Baterije sa slanom vodom također sadrže anodu i katodu, pri čemu slana otopina djeluje kao elektrolit (ili vektor) za pozitivne natrijeve ione (Na+ ione). Natrijevi ioni putuju od katode do anode, proizvodeći energiju.
Stvarna morska voda ne koristi se u slanim baterijama, ali velike količine soli mogu se skupiti iz oceana i koristiti za ove baterije. Korištenje slane vode za izradu baterija moglo bi biti daleko manje štetno za okoliš od procesa ekstrakcije koji se koriste za litij, kobalt, nikal i druge metale koji se koriste u baterijama.
2. Staklene baterije
Staklene baterije možda zvuče malo neobično, ali imaju veliki potencijal. Staklena baterija je relativno nova ideja, koju je prvi konceptualizirao fizičar John Goodenough 2017. godine. Ova baterija, poznata kao "Goodenough baterija", koristi staklo kao elektrolit. Dok baterijski elektroliti obično dolaze u tekućem obliku, staklena baterija je potpuno čvrsta.
Korištenje krutog elektrolita znatno je sigurnije od tekućih elektrolita, smanjujući mogućnost požara i uklanjajući rizik od ispiranja na odlagalištima. Štoviše, staklena baterija mogla bi trajati dulje od litij-ionskih baterija, čineći ih općenito održivijom alternativom. Natrij se također koristi u staklenoj bateriji, koja je, kao što je spomenuto kada smo govorili o baterijama sa slanom vodom, održiviji resurs od tradicionalnih metalnih baterija.
3. Natrij-sumporne baterije
Natrij-sumporne (NaS) baterije su oblik baterije u tekućem stanju koje koristi rastaljene anode i katode. U ovom slučaju, anoda i katoda dolaze u tekućem obliku, pri čemu je prva rastaljeni natrij, a potonja rastaljeni sumpor. Ove baterije postoje od 1960-ih prije nego što je izumljena litij-ionska baterija. Ali kakav potencijal ima NaS baterija u našem svijetu?
Velika prednost natrij-sumpornih baterija je njihova veća gustoća energije od litij-ionskih baterija. Zapravo, istraživači sa Sveučilišta u Sydneyu stvorio je natrij-sumpornu bateriju s četiri puta većim energetskim kapacitetom od litij-ionskih baterija 2022. Štoviše, natrij-sumporne baterije su manje toksične od litij-ionskih baterija, što je dobra vijest za okoliš.
4. Baterije od konoplje
Ne biste pomislili da konoplja ima potencijala zamijeniti litij-ionske baterije, ali ova je biljka još jednom dokazala svoju svestranost. Međutim, ove baterije dolaze s upozorenjem: još uvijek koriste teške metale poput litija za rad.
Ekološki sat izvješćuje da jedan primjer baterije na konoplju, koju su razvili istraživači 2022., koristi litij i sumpor u procesu proizvodnje energije. Razlika je u tome što se drugi teški metali, poput nikla ili kobalta, ne koriste, a sama baterija ima poboljšane performanse u odnosu na tradicionalne litij-ionske varijante. To je zato što konoplja pomaže katodi da produži život kroz ponovljene cikluse.
Baterije na bazi konoplje također su isplativije i razmatraju se za upotrebu u električnim vozilima. Da biste saznali više o različitim vrstama baterija za EV, pogledajte naše posvećeni rad na tu temu.
Industrija baterija mogla bi postati puno zelenija u budućnosti
Uz takve obećavajuće alternative litij-ionskim baterijama koje su već u izradi, uzbudljivo je razmišljati o budućnosti industrije baterija. Ako se takve alternative uspješno komercijaliziraju, možemo spriječiti bezbroj ekoloških problema i katastrofa. Sve u svemu, dobitna je za litij-ionske zamjene!
