Литијумске батерије су постале незамењив део наше свакодневнице – има их у великом броју уређајима и примењују се у готово свим секторима. Како је потражња за литијумом постала све већа, а ресурса је све мање, светска научна јавност тражи решење које ће бити замена за литијумске батерије.
Тражење замене за литијум-јонске батерије је постало један од главних тема на водећим светским научним институтима, а алтернативе које би потенцијално могле да се користе су се показале као много јефтиније и безбедније за околину.
Шта су литијумске батерије?
Постоје две групе литијумских батерија, примарна и секундарна. Примарна или литијум-метална батерија је непуњива и има литијум као аноду. Секундарна литијумска батерија или литијум-јонска је пуњива и корисити се у готово свим електронским уређајима. У литијумској батерији се током пражњења јони литијума крећу од негативне ка позитивној електроди и обрнуто.
Негативна електрода или анода обично је направљена од графита, док се за позитивну електроду или катоду користе разни оксиди литијума и других елемената као што је кобалт, гвожђе, никл и манган.
Зашто се тражи замена за литијумске батерије?
Како литијум-јонске батерије имају широку примену, од паметних телефона и војне индустрије до електричних возила, потражња за литијумом, никлом и кобалтом је скочила на глобалном нивоу. А највећи кривац за то је повећана производња електричних аутомобила.
Према извештају Међународне агенције за енергију, глобално улагање у батерије за електрична возила је порасло осмотруко, достижући скоро 150 милијарди долара у 2023.
Такође, према извештају исте агенције повећана потражња за електричним батеријама је узроковала потражњу за критичним материјама. Тако је у 2022. потражња за литијумом премашила понуду и поред повећане производње, која износи 180 одсто у односу на 2017. Према многим студијама глобална несташица литијума се очекује већ у 2025., отуд потреба да се литијум замени неким јефтинијим, безбеднијим и одрживим решењем.
Ипак, литијум није решење за све, и батерије направљене од овог материјала имају многе недостаке. Како литијумска грозница јењава, тако се на научном плану појављу нова револуционарна решења која би могла да замене литијум-јонске батерије.
Водене батерије су лаке за рециклажу и јефтиније од литијумских
Међунардони тим научника у сарадњи са Краљевским институтом за технологију (РМИТ University) из Мелбурна направили су водену батерију која уместо органских електролита, који омогућавају кретање јода, користе воду.
Како наводе, главна предност ових батерија јесте што не могу да се запале и експлодирају као литијумске батерије. Такође, ове батерије могу безбедно да се складиште, раставе и потом рециклирају.
За производњу батерија користи се магнезијум и цинк којих има довољно у природи и релативно лако и безбедно се до њих долази, тако да би и сама производња била далеко јефтинија од литијумских батерија
Батерије направљене од алуминијума, сумпора и соли
Научни тим са МИТ-а, направио је батерију од јефтиних и лако доступних материјала, која може да се користи за складиштење електричне енергије из обновљивих извора. Главни истраживач у тиму, професор МИТ универзитета Доналд Садовеј (Доналд Sadoway) наводи: „Желео сам да измислим нешто што је боље од литијум-јонских батерија за мало стационарно складиштење, и на крају за аутомобилску употребу“.
Како објашњава, ове алуминијум-сумпорне батерије раде по истом приниципу као и литијумске с тим што се овде као електроде користе алуминијум и сумпор, док се за електролите користе истопљене соли са јако ниском тачком топљења. Једна од главних предности ових батерија је то што могу да складиште велике количине енергије без ризика од самозапаљивања.
Прототип пуњиве манган-водоник батерије
Истраживачки тим са Универзитета Стенфорд у Сједињеним Америчким Државама, на челу са професором Ји Цуијем (Yi Цуи), направио је прототип манган-водоник батерије. Тим је показао да електрони воде и соли мангана могу лако мењати оксидациона стања (губљење и примање електрона). У овом процесу пуњења и пражњења батерије ослобађа се водоник, који се потом опет може претворити у електричну енергију.
Овај прототип се, како наводе научници, може применити за складиштење непредвидиве енергије добијене од ветра и сунца. Јефтине и сигурне водене магнезијумске батерије Универзитету у Хонгконгу (ХКУ) и тим научника на челу са професором Денисом Леунгом (Dennis Леунг) направио је батерију која користи магнезијум као аноду и „воду у соли“ као електролит.
Према њиховом истраживању главни проблем употребе магнезијума као једног од најзаступљењих метала јесте његова „пасивизација“ у додиру са водом. Они су овај проблем решили тако што су направили презасићени електролит где хлорид надмашује количину воде.
Како наводе, овај прототип, ако би ушао у масовну производњу, значајно би повећао сигурност и смањио цену батерија.
Лако пуњиве батерије на бази натријума
Кинеска компанија ЦАТЛ (Contemporary Amperex Technology Цо. Лимитед) лансирала је 2021. године прву натријум-јонску батерију за електричне аутомобиле. Ова батерија ради на сличном принципу као и литијум-јонска, где се јони крећу између катода. Међутим, натријум-јонска батерија има дужи век трајања, већу отпорност на ниске температуре, мање је запаљива и много јефтииња.
Иако је густина енергије нешто мања, око 160Wh/kg од литијум-јонске која може достићи 180 Wh/kg, натријум-јонске батерије се могу на собној температури напунити до 80 одсто за 15 минута.
Шта су чврсте батерије?
Чврсте батерије користе чврсте електолите уместо течних или водених који су заступљени у већини батерија. Најчешћи чврсти електролити се праве од оксида, сулфида и гел полимера. Чврсте батерије имају већу моћ пуњења, густину енергије и мањи ризик од запаљивости. Једина мана ових батерија је њиихова склоност кратком споју и скупа производња.
Међутим, компанија ТДК Електроника (ТДК Electronics) је развила батерију са чврстим електролитима која би могла да се примењу у сатовима, слушалицама и другим мањим уређајима. Ова компанија је у јуну ове године најавила и лансирање нове генерације ЦераЧарџ (CeraCharge) батерије која би имала густину енергије од 1000 Wh/L.
Иако се литијум-јонске батерије и даље највише користе у производњи батерија за електрична возила углавном због своје снаге и приступачности њихови недостаци постају све очигледнији у контексту развоја електричних аутомобила.
Осим што су лако запаљиве, литијумске батерије представљају значајан изазов за животну средину, почевши од рударења литијума па све до рециклаже. У последњих неколико година се појавио велики број алтернатива литијумској батерији које раде на сличном принципу али имају далеко мањи еколошки отисак. Одржива мобилност помоћу замене за литијумске батерије је нешто што нас сигурно чека.
