Litijumske baterije su postale nezamenjiv deo naše svakodnevnice – ima ih u velikom broju uređajima i primenjuju se u gotovo svim sektorima. Kako je potražnja za litijumom postala sve veća, a resursa je sve manje, svetska naučna javnost traži rešenje koje će biti zamena za litijumske baterije.
Traženje zamene za litijum-jonske baterije je postalo jedan od glavnih tema na vodećim svetskim naučnim institutima, a alternative koje bi potencijalno mogle da se koriste su se pokazale kao mnogo jeftinije i bezbednije za okolinu.
Šta su litijumske baterije?
Postoje dve grupe litijumskih baterija, primarna i sekundarna. Primarna ili litijum-metalna baterija je nepunjiva i ima litijum kao anodu. Sekundarna litijumska baterija ili litijum-jonska je punjiva i korisiti se u gotovo svim elektronskim uređajima. U litijumskoj bateriji se tokom pražnjenja joni litijuma kreću od negativne ka pozitivnoj elektrodi i obrnuto.
Negativna elektroda ili anoda obično je napravljena od grafita, dok se za pozitivnu elektrodu ili katodu koriste razni oksidi litijuma i drugih elemenata kao što je kobalt, gvožđe, nikl i mangan.
Zašto se traži zamena za litijumske baterije?
Kako litijum-jonske baterije imaju široku primenu, od pametnih telefona i vojne industrije do električnih vozila, potražnja za litijumom, niklom i kobaltom je skočila na globalnom nivou. A najveći krivac za to je povećana proizvodnja električnih automobila.
Prema izveštaju Međunarodne agencije za energiju, globalno ulaganje u baterije za električna vozila je poraslo osmotruko, dostižući skoro 150 milijardi dolara u 2023.
Takođe, prema izveštaju iste agencije povećana potražnja za električnim baterijama je uzrokovala potražnju za kritičnim materijama. Tako je u 2022. potražnja za litijumom premašila ponudu i pored povećane proizvodnje, koja iznosi 180 odsto u odnosu na 2017. Prema mnogim studijama globalna nestašica litijuma se očekuje već u 2025., otud potreba da se litijum zameni nekim jeftinijim, bezbednijim i održivim rešenjem.
Ipak, litijum nije rešenje za sve, i baterije napravljene od ovog materijala imaju mnoge nedostake. Kako litijumska groznica jenjava, tako se na naučnom planu pojavlju nova revolucionarna rešenja koja bi mogla da zamene litijum-jonske baterije.
Vodene baterije su lake za reciklažu i jeftinije od litijumskih
Međunardoni tim naučnika u saradnji sa Kraljevskim institutom za tehnologiju (RMIT University) iz Melburna napravili su vodenu bateriju koja umesto organskih elektrolita, koji omogućavaju kretanje joda, koriste vodu.
Kako navode, glavna prednost ovih baterija jeste što ne mogu da se zapale i eksplodiraju kao litijumske baterije. Takođe, ove baterije mogu bezbedno da se skladište, rastave i potom recikliraju.
Za proizvodnju baterija koristi se magnezijum i cink kojih ima dovoljno u prirodi i relativno lako i bezbedno se do njih dolazi, tako da bi i sama proizvodnja bila daleko jeftinija od litijumskih baterija
Baterije napravljene od aluminijuma, sumpora i soli
Naučni tim sa MIT-a, napravio je bateriju od jeftinih i lako dostupnih materijala, koja može da se koristi za skladištenje električne energije iz obnovljivih izvora. Glavni istraživač u timu, profesor MIT univerziteta Donald Sadovej (Donald Sadoway) navodi: „Želeo sam da izmislim nešto što je bolje od litijum-jonskih baterija za malo stacionarno skladištenje, i na kraju za automobilsku upotrebu“.
Kako objašnjava, ove aluminijum-sumporne baterije rade po istom prinicipu kao i litijumske s tim što se ovde kao elektrode koriste aluminijum i sumpor, dok se za elektrolite koriste istopljene soli sa jako niskom tačkom topljenja. Jedna od glavnih prednosti ovih baterija je to što mogu da skladište velike količine energije bez rizika od samozapaljivanja.
Prototip punjive mangan-vodonik baterije
Istraživački tim sa Univerziteta Stenford u Sjedinjenim Američkim Državama, na čelu sa profesorom Ji Cuijem (Yi Cui), napravio je prototip mangan-vodonik baterije. Tim je pokazao da elektroni vode i soli mangana mogu lako menjati oksidaciona stanja (gubljenje i primanje elektrona). U ovom procesu punjenja i pražnjenja baterije oslobađa se vodonik, koji se potom opet može pretvoriti u električnu energiju.
Ovaj prototip se, kako navode naučnici, može primeniti za skladištenje nepredvidive energije dobijene od vetra i sunca. Jeftine i sigurne vodene magnezijumske baterije Univerzitetu u Hongkongu (HKU) i tim naučnika na čelu sa profesorom Denisom Leungom (Dennis Leung) napravio je bateriju koja koristi magnezijum kao anodu i „vodu u soli“ kao elektrolit.
Prema njihovom istraživanju glavni problem upotrebe magnezijuma kao jednog od najzastupljenjih metala jeste njegova „pasivizacija“ u dodiru sa vodom. Oni su ovaj problem rešili tako što su napravili prezasićeni elektrolit gde hlorid nadmašuje količinu vode.
Kako navode, ovaj prototip, ako bi ušao u masovnu proizvodnju, značajno bi povećao sigurnost i smanjio cenu baterija.
Lako punjive baterije na bazi natrijuma
Kineska kompanija CATL (Contemporary Amperex Technology Co. Limited) lansirala je 2021. godine prvu natrijum-jonsku bateriju za električne automobile. Ova baterija radi na sličnom principu kao i litijum-jonska, gde se joni kreću između katoda. Međutim, natrijum-jonska baterija ima duži vek trajanja, veću otpornost na niske temperature, manje je zapaljiva i mnogo jeftiinja.
Iako je gustina energije nešto manja, oko 160Wh/kg od litijum-jonske koja može dostići 180 Wh/kg, natrijum-jonske baterije se mogu na sobnoj temperaturi napuniti do 80 odsto za 15 minuta.
Šta su čvrste baterije?
Čvrste baterije koriste čvrste elektolite umesto tečnih ili vodenih koji su zastupljeni u većini baterija. Najčešći čvrsti elektroliti se prave od oksida, sulfida i gel polimera. Čvrste baterije imaju veću moć punjenja, gustinu energije i manji rizik od zapaljivosti. Jedina mana ovih baterija je njiihova sklonost kratkom spoju i skupa proizvodnja.
Međutim, kompanija TDK Elektronika (TDK Electronics) je razvila bateriju sa čvrstim elektrolitima koja bi mogla da se primenju u satovima, slušalicama i drugim manjim uređajima. Ova kompanija je u junu ove godine najavila i lansiranje nove generacije CeraČardž (CeraCharge) baterije koja bi imala gustinu energije od 1000 Wh/L.
Iako se litijum-jonske baterije i dalje najviše koriste u proizvodnji baterija za električna vozila uglavnom zbog svoje snage i pristupačnosti njihovi nedostaci postaju sve očigledniji u kontekstu razvoja električnih automobila.
Osim što su lako zapaljive, litijumske baterije predstavljaju značajan izazov za životnu sredinu, počevši od rudarenja litijuma pa sve do reciklaže. U poslednjih nekoliko godina se pojavio veliki broj alternativa litijumskoj bateriji koje rade na sličnom principu ali imaju daleko manji ekološki otisak. Održiva mobilnost pomoću zamene za litijumske baterije je nešto što nas sigurno čeka.
