Bateriile pe bază de litiu au fost parte integrantă a vieții noastre de zeci de ani și sunt necesare pentru diferite dispozitive electronice. Dar de ce au devenit atât de populare bateriile pe bază de litiu și există alternative mai bune? Ce ar putea într-o zi să înlocuiască bateriile pe bază de litiu?
Ce sunt bateriile pe bază de litiu?
Bateriile pe bază de litiu (bateriile litiu-ion) sunt cel mai comun tip de baterie astăzi. Ideea bateriilor pe bază de litiu a fost propusă pentru prima dată în 1976 de Michael Stanley Whittingham, un chimist britanic. Bateriile pe bază de litiu au devenit pentru prima dată disponibile comercial pe scară largă câțiva ani mai târziu, în 1991, când au intrat în producție de masă.
O baterie pe bază de litiu poate avea mai multe forme, cele mai notabile variante incluzând litiu fosfat de fier, oxid de litiu cobalt, oxid de litiu mangan și litiu nichel mangan cobalt oxid. Aceste baterii conțin celule de putere mici, fiecare constând dintr-un electrod pozitiv (catod), un electrod negativ (anod) și un electrolit.
În interiorul celulei, ionii de litiu se deplasează între electrozii pozitivi și negativi, electrolitul acționând ca vector de mișcare. Ionii de litiu (Li+) au o sarcină pozitivă și, prin urmare, sunt atrași de electrodul negativ. Cei doi electrozi sunt, de asemenea, formați din componente cheie. În cazul unei baterii tipice cu oxid de litiu cobalt, catodul este realizat din oxid de litiu cobalt, în timp ce anodul este de obicei realizat dintr-un compus pe bază de carbon cunoscut sub numele de grafit.
Catodul va elibera o parte din ionii săi de litiu pozitivi, care apoi se deplasează către anod prin electrolit, eliberând energie pe care bateria o va folosi pentru puterea sa de ieșire. Acest proces rapid și simplu este acum bazat pe miliarde de oameni din întreaga lume pentru a-și alimenta dispozitivele.
Multe mărci de baterii litiu-ion sunt de unică folosință. Deși pot alimenta un dispozitiv timp de săptămâni, luni sau chiar ani, acesta trebuie aruncat și înlocuit odată ce bateria este descărcată. In orice caz, baterii reîncărcabile pe bază de litiu sunt acum foarte populare, deoarece pot economisi bani utilizatorilor și pot produce mai puține deșeuri.
Dar de ce, exact, bateriile pe bază de litiu sunt cea mai bună alegere? Ce le face o opțiune atât de atractivă pentru producători și consumatori?
De ce folosim baterii pe bază de litiu?
Folosim în principal baterii pe bază de litiu datorită duratei de viață lungi în comparație cu alte tipuri de baterii. Producătorii doresc să producă și să vândă baterii care oferă energie pentru câteva zile, rămânând în același timp ușoare și compacte. În plus, conform Institutul pentru Energie Curată, Bateriile cu litiu-ion au o auto-descărcare foarte scăzută de aproximativ 1-2% pe lună, ceea ce înseamnă că pierd un procent mai mic din capacitatea lor totală de putere de fiecare dată când sunt folosite.
Bateriile litiu-ion pot produce energie printr-un proces chimic simplu, ceea ce le face o opțiune foarte atractivă pentru producători. În plus, densitatea energetică a bateriilor litiu-ion le face să fie cea mai preferată opțiune. O baterie standard litiu-ion are o capacitate de 260-270wh/kg (watt-oră per kilogram), în timp ce bateriile cu plumb-acid pot atinge doar o capacitate de 50-100wh/kg (conform Energie Libelulă). Densitatea de energie a bateriilor litiu-ion este, de asemenea, un motiv cheie pentru care sunt utilizate în mod obișnuit în vehiculele electrice.
Din cauza acestor factori, bateriile pe bază de litiu sunt populare în rândul publicului larg și nu sunt scumpe de cumpărat. În timp ce anumite mărci sau modele de baterii pot avea un preț mai mare, bateriile standard pe bază de litiu sunt în general destul de accesibile și disponibile în milioane de magazine din întreaga lume.
Dar bateriile litiu-ion nu sunt deloc perfecte. De fapt, există câteva probleme flagrante asociate cu această sursă de energie incredibil de populară.
Problema cu bateriile pe bază de litiu
Una dintre cele mai mari probleme asociate bateriilor cu litiu-ion este cantitatea mare de deșeuri pe care o creează. Mulți oameni aleg să arunce bateriile prin gunoiul obișnuit odată ce rămân fără energie, ceea ce dăunează mediului.
Când bateriile cu litiu-ion sunt aruncate împreună cu alte deșeuri generale, nereciclabile, acestea ajung într-o groapă de gunoi. Odată ce aterizează aici, componentele lor se pot scurge și pot deteriora grav mediul înconjurător. Litiul, nichelul, cobaltul și manganul pot prezenta riscuri grave de contaminare și sunt toate prezente în diferite tipuri de baterii pe bază de litiu.
În plus, extracția cu litiu pentru acest tip de baterie dăunează și planetei noastre. Litiul poate fi extras prin extragerea sării sau prin evaporare, ambele procese având un efect negativ asupra mediului. Contaminarea, salinitatea crescută a apei, emisiile de CO2 și pierderea biodiversității sunt toate efecte secundare îngrijorătoare ale extracției litiului.
Având în vedere că piața bateriilor cu litiu este de așteptat să crească cu 14,6% între 2020 și 2026 (după cum a raportat Statista), este probabil ca procesul de extracție a litiului să continue să reprezinte o amenințare pentru mediu. Acesta este, de asemenea, un îngrijorare crescândă în industria producției de vehicule electrice.
Deci, care sunt alternativele?
Cele mai bune 4 alternative de baterii pe bază de litiu
1. Baterii cu apă sărată
Oceanele cu apă sărată acoperă două treimi din planeta noastră. Deci, cum poate fi folosită această resursă pentru generarea de energie?
Bateriile cu apă sărată folosesc o soluție salină concentrată pentru a produce energie. Bateriile cu apă sărată conțin, de asemenea, un anod și un catod, soluția salină acționând ca electrolit (sau vector) pentru ionii de sodiu pozitivi (oni Na+). Ionii de sodiu se deplasează de la catod la anod, producând energie.
Apa de mare reală nu este folosită în bateriile cu apă sărată, dar cantități masive de sare pot fi recoltate din ocean și utilizate pentru aceste baterii. Utilizarea apei sărate pentru a face baterii ar putea fi mult mai puțin dăunătoare pentru mediu decât procesele de extracție utilizate pentru litiu, cobalt, nichel și alte metale utilizate în baterii.
2. Baterii de sticlă
Bateriile de sticlă pot suna puțin neobișnuite, dar au un potențial mare. Bateria de sticlă este o idee relativ nouă, conceptualizată pentru prima dată de fizicianul John Goodenough în 2017. Această baterie, cunoscută sub numele de „bateria Goodenough”, folosește sticla ca electrolit. În timp ce electroliții bateriei vin de obicei sub formă lichidă, bateria de sticlă este complet solidă.
Utilizarea unui electrolit solid este considerabil mai sigură decât electroliții lichizi, reducând șansele de incendiu și eliminând riscul de scurgere în gropile de gunoi. În plus, bateria de sticlă ar putea dura mai mult decât bateriile cu litiu-ion, făcându-le o alternativă mai durabilă în general. Sodiul este, de asemenea, folosit în bateria de sticlă, care, așa cum am menționat când discutăm despre bateriile cu apă sărată, este o resursă mai durabilă decât metalele tradiționale ale bateriilor.
3. Baterii de sodiu-sulf
Bateriile cu sulf de sodiu (NaS) sunt o formă de baterie în stare lichidă care utilizează anozi și catozi topiți. În acest caz, anodul și catodul vin sub formă lichidă, primul fiind sodiu topit și al doilea fiind sulf topit. Aceste baterii există încă din anii 1960 înainte de inventarea bateriei cu litiu-ion. Dar ce potențial are bateria NaS în lumea noastră?
Un avantaj major al bateriilor cu sodiu-sulf este densitatea lor de energie mai mare decât bateriile cu litiu-ion. De fapt, cercetători de la Universitatea din Sydney a creat o baterie cu sodiu-sulf cu o capacitate de energie de patru ori mai mare decât bateriile cu litiu-ion în 2022. În plus, bateriile cu sodiu-sulf sunt mai puțin toxice decât bateriile cu litiu-ion, ceea ce este o veste bună pentru mediu.
4. Baterii de cânepă
Nu ați crede că cânepa are potențialul de a înlocui bateriile litiu-ion, dar această plantă și-a dovedit încă o dată versatilitatea. Cu toate acestea, aceste baterii vin cu o avertizare: încă folosesc metale grele precum litiul pentru a funcționa.
Ceas Eco raportează că un exemplu de baterie alimentată cu cânepă, dezvoltată de cercetători în 2022, utilizează litiu și sulf în procesul său de generare a energiei. Diferența aici este că alte metale grele, cum ar fi nichelul sau cobaltul, nu sunt folosite, iar bateria în sine are o performanță îmbunătățită față de variantele tradiționale cu litiu-ion. Acest lucru se datorează faptului că cânepa ajută catodul să-și prelungească viața prin cicluri repetate.
Bateriile pe bază de cânepă sunt, de asemenea, mai rentabile și sunt luate în considerare pentru utilizarea în vehiculele electrice. Pentru a afla despre diferitele tipuri de baterii EV, consultați-vă piesa dedicata subiectului.
Industria bateriilor ar putea deveni mult mai ecologică în viitor
Cu astfel de alternative promițătoare la bateriile cu litiu-ion deja în lucru, este interesant să ne gândim la viitorul industriei bateriilor. Dacă astfel de alternative sunt comercializate cu succes, putem preveni nenumărate probleme de mediu și dezastre. Una peste alta, este un câștig de câștig pentru înlocuirile de litiu-ion!
