Litijske baterije, često nazivane i litijsko-jonskim, rade tako da pohranjuju i oslobađaju energiju kroz ove sitne čestice koje se zovu litijski ioni. Kada baterija pokreće nešto, ti ioni u osnovi putuju s jednog kraja baterije (anode) na drugi kraj (katodu). Upravo je ta cijela dinamika kretanja ono što ih čini posebnim u usporedbi s nekim starijim tehnologijama baterija. Mogu ugraditi puno više energije u manje prostore, a da pri tom ne teže ništa značajno. Zato mobiteli i laptopi postaju sve tanji, a i dalje im trajanje baterije između punjenja ostaje sve duže. Gustoća energije je znatno veća u usporedbi s većinom drugih dostupnih opcija na današnjem tržištu.
Litijevi ćeliji sve su prisutniji u našim tehnološki naprednim životima. Ovi izvori energije pokreću sve, od naših svakodnevnih uređaja poput mobitela i laptopova, pa sve do većih stvari poput električnih automobila i sustava za pohranu energije iz sunca. Što ih čini tako popularnima? Pa, lagani su, a pritom imaju dobar kapacitet za dugotrajno zadržavanje naboja. Zbog ove kombinacije, sve više se na njih oslanjamo, ne samo za naše džepne igračke, već i za razvoj ekološki prihvatljivijih energetskih opcija u koje sada mnoge tvrtke jako ulažu.
Litijske baterije rade stvaranjem elektriciteta kemijskim reakcijama unutar njih, u osnovi premještajući sitne litijeve čestice kako bi električna struja tekla. Kada koristimo ove baterije, te litijeve čestice počinju putovati s jedne strane (tzv. anode) na drugu stranu (katodu), prolazeći kroz nešto što se zove elektrolit na putu. Dok se te čestice kreću naprijed-natrag, proizvode elektricitet koji pokreće sve, od pametnih telefona do električnih automobila. Zbog svoje učinkovitosti u pohranjivanju i otpuštanju energije, litijske baterije postale su zaista važne za stvari poput solarnih ploča i vjetrenih turbine, gdje je dosljedna isporuka energije vrlo važna.
Kada punimo litij-ionske baterije, zapravo se litij-ioni vraćaju na anodni dio baterije. Kako bi se to postiglo, potrebno je primijeniti električnu energiju iz vanjskog izvora. Napon mora biti viši od onog koji već postoji unutar baterije, slično kao kod tlačenja protiv hidrauličnog tlaka. To gura te male ione natrag prema anodnoj strani. Ovaj proces praktički radi suprotno u odnosu na kada se baterija koristi, jer tada ioni prirodno putuju prema katodi. Ove stalne migracije između anode i katode ključne su za sposobnost baterije da zadrži energiju i kasnije je ponovno otpusti. Bez ovog izmicanja i povlačenja, naši mobiteli ne bi izdržali isto između punjenja. A kad već pričamo o primjeni u stvarnom svijetu, upravo ovaj proces čini litij-ionske baterije iznimno korisnima za primjene poput električnih automobila i pohrane energije iz obnovljivih izvora u velikim mrežama, što nam pomaže u tranziciji prema čistijim izvorima energije.
Postoji priličan broj različitih tipova litijevih baterija, od kojih je svaka prikladna za različite svrhe, ovisno o kemijskom sastavu i načinu rada. Uzmite za primjer litijevu željeznu fosfatnu ili LFP bateriju. Ove izdržljive baterije postale su prvi izbor za mnoge projekte pohrane energije zahvaljujući svojoj otpornosti na toplinu i dugom vijeku trajanja koji uključuje više tisuća ciklusa punjenja. Zato se osobama u sektoru obnovljivih izvora energije posebno sviđaju kao zamjena za stare olovne akumulatore koji zahtijevaju stalno održavanje. Stvarne instalacije pokazuju da ove LFP baterije lako mogu izdržati više od 2000 punih ciklusa punjenja i pritom izdržavati ekstremne uvjete upotrebe. Za razliku od nekih drugih litijevih kemija, one ne zahtijevaju posebnu pažnju ako se potpuno isprazne, što ih čini posebno prikladnima za solarne energetske sustave i sigurnosne sustave napajanja gdje je potrebna maksimalna fleksibilnost.
LMO baterije se široko koriste u električnim automobilima jer nude dobar učinak u različitim uvjetima. Jedna od glavnih prednosti je njihova stabilnost čak i kada se temperature mijenjaju, a općenito su sigurnije u usporedbi s mnogim alternativama. Poseban katodni materijal unutar omogućuje brzo punjenje i sposobnost upravljanja većim strujama. Osim u električnim vozilima, ove baterije se dobro pokazuju u električnim alatom gdje je važna brza isporuka energije, a čak i u određenim medicinskim uređajima koji zahtijevaju pouzdane izvore energije. Međutim, nedostatak je što većina LMO baterija ne traje tako dugo kao neke druge opcije. Stvarni testovi pokazuju da obično izdrže između 300 i 700 ciklusa punjenja prije nego što ih treba zamijeniti. Za proizvođače to znači da moraju izbalansirati izvrsne performanse s dugoročnim troškovima zamjene.
LCO baterije se pojavljuju posvuda u našim uređajima jer unutar malih prostora mogu pohraniti puno energije. Pametni telefoni, tableti, pa čak i laptopovi oslanjaju se na ovu tehnologiju zahvaljujući njezinim impresivnim sposobnostima pohrane energije. Ono što ih čini učinkovitim jest činjenica da mogu dugo držati uređaje u radu, a da ne zauzimaju previše prostora. No, postoji i nedostatak koji vrijedi spomenuti. Sigurnost postaje veća briga budući da ove baterije ne podnose toplinu jednako dobro kao neke druge opcije i imaju tendenciju bržeg trošenja tijekom vremena. Ipak, proizvođači i dalje biraju LCO baterije jednostavno zato što ništa drugo ne može usporediti gustoću energije koju pružaju, pogotovo kada je riječ o napajanju današnjih elegantnih elektroničkih uređaja.
Kada usporedimo litij-ev baterije s tradicionalnim olovo-kiselim modelima, razlike postaju prilično očite u nekoliko ključnih područja, uključujući težinu, broj punjenja koje mogu izdržati i ukupnu sposobnost pohrane energije. Litijevi akumulatori znatno su lakši, što je razlog zašto tako dobro funkcioniraju u stvarima koje ljudi nose sa sobom ili ih stavljaju u automobile, za razliku od teških olovo-kiselih jedinica koje su poput nošenja opeka svugdje. Manja težina znači bolju učinkovitost pri premještanju stvari tijekom dana. Još jedna velika prednost litija je njegov vijek trajanja prije zamjene. Većina litijevih baterija izdrži otprilike 2000 punih ciklusa punjenja, dok olovo-kiseli obično popuste nakon 500, a najviše 1000 punjenja. Ne smijemo zaboraviti ni na energijsku gustoću. Litij pohranjuje otprilike dvostruko više energije po jedinici volumena u usporedbi s olovo-kiselim sustavima. To objašnjava zašto naši mobiteli i laptopi mogu dulje raditi između punjenja, a da pritom ne postaju veći ili teži. Sve ove razloge zajedno objašnjavaju zašto je litij postao standardna opcija kada je riječ o izdržljivosti i maksimalnoj iskoristivosti svakog punjenja.
Usporedba nikal-metal hidridnih (NiMH) akumulatora s litijevima pokazuje jasne razlike u učinkovitosti, performansama i troškovima pogona. Litijevi akumulatori jednostavno bolje funkcioniraju jer u manjem prostoru pohranjuju više energije i brže se punjenjuju. To znači manje čekanja na punjenje i bolje performanse ukupno, što je posebno važno kod električnih automobila gdje svaka minuta vrijedi. Održavanje je još jedna prednost litijevih akumulatora. Oni nemaju dosadni efekt pamćenja koji muči NiMH akumulatore, a koji uzrokuje gubitak kapaciteta nakon višestrukog djelomičnog punjenja. Također, litijevi akumulatori dulje traju prije nego što ih treba zamijeniti, pa iako je početna cijena viša, većina poduzeća ih smatra jeftinijima na duži rok kada se uzmu u obzir ukupni troškovi vlasništva. Za industrije koje trebaju pouzdanu energiju bez prevelikih troškova zamjena, litij je postao prva opcija unatoč početnim troškovima.
Recikliranje litijevih baterija vrlo je važno kada je u pitanju smanjenje njihovog ekološkog otiska. Većina procesa recikliranja ima za cilj izvlačenje vrijednih materijala poput litija, kobalta i nikelja iz starih baterija, umjesto da se sve to otpadom odloži. Cijeli proces započinje prikupljanjem iskorištenih baterija iz električnih vozila i potrošačke elektronike, nakon čega se pažljivo rastavljaju na sastavne dijelove. Kada se ove vrijedne metale odvoje, one se očiste i šalju natrag u proizvodnju novih baterijskih paketa, što pomaže u izgradnji tzv. cirkularnog gospodarskog sustava. Osim što se time štite sirovine, odgovarajuće recikliranje sprječava da opasne kemikalije završe na deponijama gdje bi mogle prodirati u podzemne vode ili otrovati lokalne ekosustave tijekom vremena.
Održivost rudarenja litija ima veliku važnost kada je u pitanju smanjenje štete na okolišu. Proces ekstrakcije litija, koji pokreće mnoge moderne baterije, često dovodi do ozbiljnih ekoloških problema. Riječ je o uništenim staništima i iscrpljenim vodnim izvorima u područjima gdje se vrši rudarenje. No, postoje i dobre vijesti na horizontu. Kompanije počinju isprobavati čišće načine ekstrakcije litija iz zemlje. Neki se fokusiraju na tehnike ekstrakcije iz slane vode, dok drugi poboljšavaju tradicionalne metode rudarenja. Ove nove metode nastoje smanjiti štetu po prirodu i bolje iskoristiti resurse. Izazov ostaje pronaći načine za zadovoljenje rastuće potražnje za litijem bez nanosenja štete lokalnom okolišu. A kako se tehnologija baterija stalno unapređuje, daljnji napredak u pogonima rudarenja i programima recikliranja bit će ključan ako želimo održivo koristiti litij-ionske baterije.
Sigurnost ostaje glavna briga pri radu s litijevim baterijama u postrojenjima za obnovljivu energiju. Sprječavanje prekomjernog zagrijavanja i opasnih termalnih požara postaje još važnije kod velikih instalacija gdje se problemi mogu brzo širiti. Industrija je prihvatila nekoliko pristupa kako bi sve bilo pod kontrolom. Sustavi hlađenja moraju se pravilno instalirati, dok napredni sustavi upravljanja baterijama (BMS) pomažu u zaustavljanju potencijalnih termalnih kvarova prije nego što nastanu. Još jedna važna praksa je osigurati da je svaki ćelija električno odvojena od ostalih, uz blisko praćenje temperature tijekom rada i onoga što se događa tijekom ciklusa punjenja. Istraživanja pokazuju da otprilike svaki peti kvar baterije nastaje zbog lošeg termalnog upravljanja, što objašnjava zašto mnoge tvrtke teško ulažu u ove vrste zaštitnih mjera za svoje sustave za pohranu energije.
Upravljanje litijevim baterijama zahtijeva pridržavanje propisanih postupaka. Većina proizvođača ističe važnost korištenja certificiranih punjača i poštivanja propisanih napona kako bi se izbjegle opasne situacije. I skladištenje je važno – sigurnosne grupe često ukazuju da je najbolje čuvati ih na hladnom i suhom mjestu, daleko od vrućih točaka ili mjesta gdje bi mogli biti izloženi izravnom suncu. Tvrtke bi trebale uložiti vrijeme u obuku zaposlenika kako bi pravilno rukovali ovim izvorima energije. Redovne inspekcije i održavanje mogu dosta doprinijeti smanjenju potencijalnih opasnosti. Za postrojenja obnovljivih izvora energije koja uvelike ovise o litijevim baterijama, poštivanje ovih osnova nije samo dobra praksa – praktično je nužno ako želimo da naše rješenja za zelenu energiju traju.
Budućnost izgleda svijetlo za tehnologiju litijevih baterija, jer istraživači rade na boljim i izdržljivijim opcijama pohrane energije. Glavna područja na kojima znanstvenici ostvaruju napredak uključuju povećanje količine energije koju ove baterije mogu pohraniti, ubrzavanje procesa punjenja i produžavanje njihovog vijeka trajanja. Zahvaljujući ovim poboljšanjima, baterije postaju učinkovitije, brže se punjenja, a između zamjena traju dulje — što je osobito važno za primjene poput električnih vozila (EV) i pohrane energije iz solarne ili vjetrene proizvodnje. Neka nedavna dostignuća uspjela su povećati kapacitet energije za oko 15 posto, smanjujući istovremeno dugačke vremenske razmake punjenja. Ovakva poboljšanja pomažu u smanjenju troškova u raznim sektorima, od transporta do proizvodnje, dok tvrtke traže načine da smanje svoj ugljični otisak bez umanjenja učinaka.
Baterije s litijem u čvrstom stanju izgledaju vrlo obećavajuće za budućnost jer mogu pohraniti više energije u manjim prostorima, a pritom su puno sigurnije u odnosu na trenutne opcije. Umjesto zapaljivih tekućih elektrolita, ove nove baterije koriste čvrste materijale, što znači da nema curenja ili požara kada se pojave problemi. Ono što čini ovu tehnologiju zanimljivom je da osim što su sigurnije, one zapravo pohranjuju energiju gušće. Zato proizvođači automobila i tvrtke koje prave elektroničke uređaje pažljivo prate razvoj u ovoj domeni. Istraživačko polje brzo napreduje, pa se već za nekoliko godina čvrste baterije mogu pojaviti u našim džepovima i ispod automobila, uz cijene koje su prihvatljive za širu javnost. Govorimo o nečemu što bi moglo promijeniti način na koji pokrećemo sve, od pametnih telefona do električnih kamiona, nudeći bolje performanse bez rizika od požara povezanih s današnjom baterijskom tehnologijom.