Što su litij-ionske baterije i koje su im prednosti i nedostaci

Njihov razvoj započeo je 1970-ih, ali komercijalizacija je započela tek 1991. godine. Tada su John B. Goodenough, M. Stanley Whittingham i Akira Yoshino dobili Nobelovu nagradu za kemiju upravo zbog doprinosa razvoju litij-ionskih baterija.

Zbog sve većeg prelaska na obnovljive izvore energije i težnje prema održivosti, litij-ionske baterije postale su i ključni dio globalne energetske tranzicije, omogućujući bolju pohranu energije proizvedene iz obnovljivih izvora kao što su solarne i vjetroelektrane.

Što su litij-ionske baterije?

Litij-ionske baterije su vrsta punjivih baterija u kojima se litij-ioni kreću s anode na katodu tijekom pražnjenja i obrnuto tijekom punjenja. Ovo kretanje stvara struju elektrona i naboj. Zahvaljujući svojim jedinstvenim svojstvima, postale su standard u industriji prijenosnih elektroničkih uređaja i sve više u sektoru obnovljivih izvora energije.

Sastav i način rada litij-ionskih baterija

Svaka litij-ionska baterija sastoji se od četiri glavne komponente: anode, katode, elektrolita i separatora. Anoda je obično izrađena od ugljika (grafita), dok je katoda najčešće izrađena od spojeva litija, poput litij-kobalt-oksida, litij-nikl-kobalt-mangan-oksida ili litij-željezo-fosfata.

Elektrolit, koji omogućava prijenos litij-iona između anode i katode, najčešće je tekućina s organskom otopinom litijeve soli. Separator služi kao barijera između anode i katode kako bi se spriječio kratki spoj, a istovremeno omogućava prijenos iona kroz elektrolit.

Koja je razlika između litij-ionske i litij-polimerne baterije?

Iako se litij-ionske i litij-polimerne baterije često koriste kao sinonimi, između njih postoje ključne razlike. Glavna razlika leži u vrsti elektrolita: litij-ionske baterije koriste tekući elektrolit, dok litij-polimerne koriste gelirani ili čvrsti elektrolit.

Litij-polimerne baterije su lakše i mogu biti proizvedene u različitim oblicima, što ih čini idealnima za tanke uređaje poput pametnih telefona. S druge strane, litij-ionske baterije obično imaju bolju energetsku gustoću, što ih čini pogodnijima za uređaje koji zahtijevaju dužu autonomiju, poput prijenosnih računala ili električnih vozila.

Prednosti litij-ionskih baterija

Veći kapacitet i duža autonomija: mogu pohraniti i do 330 Wh/kg dok, primjerice, olovne baterije pohranjuju samo oko 75 Wh/kg.

– Brzo punjenje i efikasnost

– Manje održavanja u odnosu na druge baterije

– Ekološke prednosti

– Nema memorijskog efekta: punjenje i pražnjenje ne uzrokuje da baterija “zapamti” manji kapacitet

– Nisko samopražnjenje: ako se ne koriste, prazne se brzinom od samo dva posto mjesečno

Nedostaci litij-ionskih baterija

Kratki vijek trajanja i degradacija kapaciteta: Vijek trajanja litij-ionske baterije može varirati ovisno o načinu korištenja, ali se obično procjenjuje na oko 1000 ciklusa punjenja. Nakon tog broja ciklusa, kapacitet baterije može početi znantno opadati.

– Osjetljivost na visoke temperature i mogućnost zapaljenja

– Visoka cijena proizvodnje i ugradnje

– Ekološki utjecaj vađenja litija

– Problem zbrinjavanja i reciklaže

Utjecaj litij-ionskih baterija na okoliš

Litij-ionske baterije donose i izazove u pogledu održivosti. Na primjer, proizvodnja ovih baterija zahtijeva vađenje litija, kobalta i drugih rijetkih minerala. Rudarenje litija uzrokuje zagađenje vode i tla te može dovesti do uništenja ekosustava.

Vađenje litija zahtijeva i velike količine vode što je vrlo problematično posebno u sušnim područjima poput Salar de Uyuni u Boliviji. Istraživanja pokazuju da je za vađenje jedne tone litija potrebno je oko 2 milijuna litara vode.

Osim toga, nepravilno odlaganje baterija može dovesti do onečišćenja tla i vode. Najveći problem čine kobalt i nikal koji mogu izazvati ozbiljne zdravstvene probleme ako budu ispušteni u okoliš.

Litij-ionske baterije imaju i određene ekološke prednosti. Njihov veliki kapacitet i dugi životni vijek znače da ih je potrebno proizvoditi manje i trošiti manje resursa. Također, prelaskom na vozila pokretana ovim baterijama, smanjuje se količina stakleničkih plinova u atmosferi.

Budućnost litij-ionskih baterija: inovacije i alternative

Tehnološki napredak i istraživanje novih materijala obećavaju poboljšanja u performansama i održivosti baterija.

1. Tehnološki napredak i potencijal za poboljšanja

Inovacije u tehnologiji baterija usmjerene su na povećanje energetske gustoće, poboljšanje sigurnosti i smanjenje cijene. Primjerice, istraživači rade na razvoju solid-state baterija, koje koriste čvrsti elektrolit i nude veći kapacitet uz manji rizik od zapaljenja.

Također, upotreba nanotehnologije i novih katodnih materijala može značajno poboljšati performanse.

2. Alternativne tehnologije baterija

Potencijalne i ekološki prihvatljivije alternative litij-ionskim baterijama su litij-sumporne, natrij-ionske, magnezij-ionske i staklene, kalij-ionske i baterije na morsku vodu.

3. Što možemo očekivati od budućih baterija?

Budućnost litij-ionskih baterija obećava smanjenje cijena, povećanje sigurnosti i kapaciteta. Pored toga, razvoj novih tehnologija kao što su vodikove ćelije i organski polimerni akumulatori mogao bi dovesti do pojave baterija koje su još ekološki prihvatljivije i energetski efikasnije.

Litij-ionske baterije su korisne, ali uz veliki oprez i daljnji razvoj

Litij-ionske baterije su ključni element u modernoj tehnologiji, omogućujući mobilnost i učinkovitost uređaja koje svakodnevno koristimo. Iako imaju određene nedostatke i utjecaj na okoliš, kontinuirani napredak u tehnologiji i razvoj alternativnih rješenja obećavaju svjetliju i održiviju budućnost.

Razumijevanje njihovih prednosti i nedostataka ključno je za informirane odluke u korištenju i razvoju energetskih rješenja koja će oblikovati naš svijet u godinama koje dolaze.