Liitumpatareid, mida sageli nimetatakse ka liitumioonpatareiks, toimivad energiasalvesturina ja -vabastajatena, kasutades väikeseid osakesi, mida nimetatakse liitumioonideks. Kui patarei toidab mingit seadet, liiguvad need ioonid põhimõtteliselt ümber patarei ühest otsast (anoodist) teise otsa (katoodini). Just see liikumise protsess teeb need patareid vanemate patareitehnoloogiatega võrreldes eriliseks. Nad suudavad mahutada palju rohkem energiat väiksematesse ruumidesse, ilma et need oleksid raskeid. Seetõttu muutuvad telefoni ja arvutid järjest õhemateks, kuid siiski kestavad akud pikem aeg laadimise vahel. Energia tihedus on tänapäeval turul olevate alternatiividega võrreldes suurepärane.
Liitumpatareid on tänapäeval meie tehnoloogiast sõltuvas elus üsna levinud. Need energiavallandajad toetavad kõike meie igapäevaste seadmete, näiteks telefonide ja sülearvutite, kuni suuremate asjade, nagu elektriautod ja päikesekogumissüsteemid. Mis teeb neist nii populaarseks? Noh, need on kergid, kuid samas suudavad pikka aega hoida laengut. Just selle kombinatsiooni tõttu jääme me nendega üha rohkem loodusesõbralike energiaalternatiivide poole, millesse investeerivad nüüd juba paljud ettevõtted.
Liitumpatareid toodavad elektrit keemiliste reaktsioonide abil, liigutades nende sees mikroskoopilisi liitumosakesi, et tekitada elektrivoolu. Kui neid patareisid kasutatakse, hakkavad liitumosakesed liikuma ühelt poolt (mida nimetatakse anoodiks) teisele poole (katoodiks), läbides teel elektrolüüdi. Kui need osakesed liiguvad edasi-tagasi, toodavad nad elektrit, mis toetab seadmeid alates nutikatest telefonidest kuni elektriautodeini. Kuna neil on suurepärane võime salvestada ja vabastada energiat, on liitumpatareid muutunud väga olulisteks näiteks päikesepaneelide ja tuulikute puhul, kus energiasoov on stabiilne.
Kui me laadime liitiumi aku, siis tegelikult liiguvad liitiumioonid tagasi aku anoodi osa. Selleks peame me rakendama natuke elektrit aku enda välist. Pinge peab olema kõrgem kui aku sees on, lihtsasti öeldes on see nagu vajumine vastu vee rõhku. See tõmbab need väikesed ioonid tagasi anoodi poole. See töötab peaaegu vastupidises suunas kui aku kasutamisel, sest siis liiguvad ioonid lihtsalt loomulikult katoodi poole. Need pidevad liikumised anoodi ja katoodi vahel on väga olulised selle jaoks, kui hästi aku suudab energiat hoida ja hiljem uuesti vabastada. Ilma selle andmise ja võtmiseta ei kestnudks meie telefonid nii kaua laadimiste vahepeal. Ja kui juba rääkime reaalsest maailmast, siis see kogu protsess muudab liitiumi akud nii kasulikuks näiteks elektriautode ja taastuvenergia hoidmiseks suurtes võrkudes, aitades meil liikuda üldiselt puhtama energia allikate poole.
Litiumpatareide tüüpide valik on üsna suur, igaüks neist on sobiv erinevateks ülesanneteks, sõltuvalt sisaldavatest keemilistest ainetest ja tööpõncipist. Näiteks raua ja liitiumi fosfaadi ehk LFP-patareid. Need on saanud paljude energiasalvestusprojektide puhul esimeseks valiguks tänu oma suurepärasele soojuskindlusele ja võimele vastu pidada tuhandete laadimistsüklitele. Seetõttu ongi taastuvenergia sektori liidrid neid nii palju kasutanud vana heitva nendipatareide asemel, mille puhul oli alati vaja regulaarset hooldust. Reaalse maailma paigaldused on näidanud, et neil LFP-patareidel on lihtne olla kasutuses üle 2000 täise laadimistsükli, jäädes samas vastu ka rasketele kasutustingimustele. Erinevalt mõnedest teistest litiumpatareide keemilistest variatsioonidest ei pahane need ka täielikust tühjenemisest ning on seetõttu eriti kasulikud päikesepaikannetes ja varuenergia süsteemides, kus on vaja maksimaalset paindlikkust.
LMO aku on laialdaselt kasutuses elektriautodes, kuna need pakuvad head toimivust erinevates tingimustes. Üks suur eelis on nende stabiilsus ka siis, kui temperatuur kõigub, lisaks on need üldiselt ohutumad kui paljud alternatiivid. Erilise katoodmaterjali tänu saavad need kiiresti laadida ja taluvad ka kõrgemat voolu. Elektriautode beyond töötavad need akud hästi ka tööriistades, kus on vaja kiireid energiapulsse, ja isegi teatud meditsiiniseadmetes, kus on vaja usaldusväärseid toiteallikaid. Miinuseks on aga see, et enamik LMO aku püsib lühema aja kui mõni konkurendi toode. Reaalse maailma testid näitavad, et need annavad tavaliselt umbes 300 kuni 700 laengutsüklit enne kui neid tuleb vahetada. Tootjatele tähendab see, et tuleb alati leida tasakaal nende suurepärase toimivuse ja tulevaste vahetuskulude vahel.
LCO aku puhub meie igapäevaste seadmete puhul seetõttu, et need suudavad pakkuda palju energiat väikeses kohas. Nutikad telefonid, tahvelarvutid ja isegi sülearvutid kasutavad laialdaselt seda tehnoloogiat tänu selle suurele energiatagavusele. Nende edukuse tagab suurepärane võime hoida seadmeid pikemalt töös, võttes samas vähe ruumi. Siiski on olemas ka mõni puudus, mida mainida väärib. Ohutus muutub olulisemaks probleemiks, kuna need akud ei talu liigset soojust nii hästi kui teised alternatiivid ja kuluvad aja jooksul kiiremini. Samuti eelistavad tootjad siiski LCO aku sid, kuna praegu pole olemas ühtegi muud aku tüüpi, mis võiks võrdsustada nende energiatihedust tänapäevaste õhukate elektronseadmete toiteks.
Kui me vaatame liitiumi batteid vanade pliidiidi aku mudelite kõrval, siis erinevused on üsna ilmsikud mitmes olulises aspektis, sealhulgas kaalus, laadimiskordade arvus ja kogu võimsuse salvestusmahtuvuses. Liitiumipakkumised on palju kergemad, mistõttu sobivad need hästi asjadesse, mida inimesed kanduvad või autosse, mitte neisse raskesse pliidiidi üksustesse, mis tunduvad nagu kandmine kõikjal kui tellid. Kergem kaal tähendab paremat tõhusust, kui kõikjal liigutatakse kogu päeva jooksul. Teine suur pluss liitiumile on nende eluea jooksul enne vahetamist. Enamikul liitiumi aku pakkumistel kestab eluea jooksul umbes 2000 täielikku laadimistsüklit, samas kui pliidiidi aku puhul jääb see tavaliselt vaid 500 kuni 1000 laadimiskorda. Ära unusta ka energiatihedust. Liitiumi salvestab ligikaudu kaks korda rohkem energiat ruumalaühiku kohta võrreldes pliidiidi tehnoloogiaga. Sellest tulenevalt jäävad meie telefonid ja sülearvutid aina pikemaks ajaks tööle laadimise vahel ilma suureks või raskemaks muutumiseta. Kõik need põhjused kokku selgitavad, miks liitium on muutunud kõige levinumaks valikuks vastupidavuse ja iga laadimise maksimaalse efektiivsuse tagamiseks.
Nikli metallhüdriidi (NiMH) aku ja liitiumi aku võrdlemisel on selged erinevused nende töö-, funktsionaalsuses ja käibe kuludes. Liitiumi akud lihtsalt lihtsalt paremini toimivad, kuna nad paigutavad rohkem energiat väiksematesse ruumidesse ja laadivad palju kiiremini. See tähendab vähem ootamist laadimise ajal ja paremat üldist tulemust, mis on eriti oluline näiteks elektriautodes, kus iga minut loeb. Ka hooldus on üks valdkond, kus liitiumi akud on paremad. Neid ake ei piina tüütu mälu efekti probleem, mis mõjutab NiMH akusid, mis põhjustab nende mahutavuse langust pärast korduva osalise laadimise järgselt. Lisaks elavad liitiumi akud kauem, enne kui neid tuleb asendada, seega kui esialgne hind võib olla kõrgem, siis enamik ettevõtteid leiab, et need on pikemas perspektiivis odavamad, kui vaadata kogukasutuskulusid. Tööstustele, kes vajavad usaldusväärses toite ilma asenduskulude murtmiseta, on liitiumiks saanud esikohaks, hoolimata algsest investeeringust.
Liitiumi aku põhjustamisel on oluline nende keskkonnajalajälje vähendamine. Enamikul põhjustamisoperatsioonidel tehakse ette liitiumi, kroomi ja nikli kaaslaste kättesaamiseks vana akust, mitte ei lubata kõik prügiks minna. Kogu protsess algab ammutatud akude kogumisega elektriautodest ja tarbija-elektroonikast, enne kui need laial võetakse tükeldatud. Kui need on eraldatud, puhastatakse need väärtuslikud metallid ja saadetakse tagasi tootmisliinidele uuele aku komplektide jaoks, mis aitab luua seda, mida nimetatakse ringmajanduse süsteemiks. Väga oluline on, et õige põhjustamine takistaks ohtlike keemiliste ainete satumist prügilaadudesse, kus need võiksid leotuda põhjavette või mürgitada kohalikke ökosüsteeme ajajoonis.
Liitiumi kaevandamise jätkusuutlikkuse küsimus on väga oluline keskkonnakahju vähendamisel. Liitiumi kaevandamise protsess, mis toidab paljusid tänapäevaseid akusid, viib sageli tõsiste ökoloogiliste probleemideni. Me räägime hävinud elupaikadest ja tühjenenud veekondadest piirkondades, kus kaevandamine toimub. Aga on ka mõni hea uudis. Ettevõtted algatavad katsetusi puhtamate meetoditega liitiumi mäest välja võtmiseks. Mõned uurivad soola vee ekstraheerimise tehnikaid, teised keskenduvad traditsiooniliste kaevandamismeetodite täiustamisele. Need uued meetodid püüavad vähendada looduskahjustusi ja paremini kasutada ressursse. Probleemiks jääb liitiumi nõudluse rahuldamine tõusevas olukorras ilma kohalike keskkondade lagundamiseta. Ja kuna aku tehnoloogia jätkab arengut, siis kaevandamisoperatsioonide ja taaskasutusprogrammide pidevad täiustused on olulised, kui me soovime liitiumi akusid jätkusuutlikult kasutada.
Ohutus jääb oluliseks teemaks ka liitiumi aku kasutamisel taastuvenergia süsteemides. Ülekütte ja ohtlike soojuslõõskuste ennetamine on veelgi olulisem suurtel paigaldustel, kus probleemid võivad kiiresti levida. Tööstus on võtnud kasutusele mitmeid lähenemisi olukorra kontrollimiseks. Jahutussüsteemid tuleb õigesti paigaldada, samuti aitavad edukad akujuhtimissüsteemid (BMS) vältida soojuskahjustusi juba enne nende tekkimist. Oluline on ka tagada, et iga aku element oleks elektriliselt isoleeritud ülejäänustest ning jälgida tähelepanelikult temperatuuri töö käigus ja laadimistsüklite ajal. Uuringud näitavad, et umbes iga viies aku katkestus põhineb halval soojusjuhtimisel, mis selgitab, miks investeerivad ettevõtted nii palju oma energiasalvestuse kaitsemeetoditesse.
Liitiumi aku õigeks hoidmine algab õigete käitlemise protseduuride järgmisega. Enamik tootjaid rõhutab sertifitseeritud laadimisseadmete ja nende pinge spetsifikatsioonide järgimise tähtsust ohtlike olukordade vältimiseks. Ka ladustamine on oluline – ohutusgrupid toovad sageli välja, et kõige paremini hoida neid kohas, mis on külm ja kuiv, eemale kuumadest kohtadest või paikadest, kus need võivad otsese päikesevalguse käes üle kuumeneda. Ettevõtted peaksid kulutama aega töötajate koolitamisele, et õpetada neile, kuidas neid energiavoolusid õigesti käidelda. Regulaarsed kontrollid ja hooldusprotseduurid aitavad märgatavalt vähendada võimalikke ohte. Taastuvenergia seadmete puhul, mis sõltuvad tugevalt liitiumitehnoloogiast, on nende põhiteadmiste õigeks tegemine mitte ainult hea tavaks, vaid tegelikult hädavajalik, kui soovime, et meie rohelised energialahendused kestaksid.
Tulevikku vaadates paistab tulevik liitiumi aku tehnoloogiale heledana, kuna teadlased töötavad paremate ja vastupidavamate energiasalvestuslahenduste nimel. Teadlased saavutavad edusammud peamiselt valdkondades, mis hõlmavad aku võimsuse suurendamist, laadimise kiirendamist ja nende eluea pikendamist. Selliste täiustustega ilmnevad akud, millel on suurem võimsus, lühem laadimisaeg ja pikem eluiga, mis on eriti oluline näiteks elektriautode ja päikese- või tuuleenergiast toodetud elektri salvestamise puhul. Hiljutised läbimurded on suurendanud energiasalvestusvõimsust umbes 15 protsenti ja vähendanud ootusaega laadimisel. Sellised parandused aitavad vähendada kulusid paljudes sektortes, alates transpordist ja lõpetades tootmisega, kuna ettevõtted otsivad võimalusi oma süsinikjalgu vähendada ilma, et ohverdaksid toimivust.
Kõikvoolulised liitiumi aku peaks tulevikus väga lubama välja nägema, kuna need mahutavad rohkem energiat väiksemasse ruumi ja on olemasolevatest lahtritest ohutumad. Selliste põlevate vedelate elektrolüütide asemel kasutavad need uued akud tahkeid, mis tähendab, et vigastuste korral ei leki ega sütti. Selle tehnoloogia puhul on põnev, et see ei ole mitte ohutum vaid ka tõhusam energiasalvestamisel. Seetõttu jälgivad autotootjad ja seadmete ettevõtted seda valdkonda tähelepanelikult. Uurimisvaldkond liigub kiiresti ja mõne aasta pärast võivad tahkete staatiliste variantidega akud hakata ilmuma meie taskutes ja autode all hinda, mida inimesed saavad endale lubada. Me räägime midagi sellisest, mis võiks muuta kogu meie seadmete toiteallikaid – alates nutikatest telefonidest kuni elektriautodega – andes parema toimivuse ilma tänapäevaste aku tehnoloogiatega seotud tuleohtudeta.
