Olovo-kisela baterija nekada je bila svuda prisutna u pohrani energije, ali danas zaostaje na više načina. Prvo, previše su teške i velike za većinu prenosivih uređaja, pa ih nitko ne želi u stvarima koje ljudi nose sa sobom. Vek trajanja je još jedna problematična stvar. Ove stare baterije izdrže možda 500 do 800 ciklusa punjenja prije zamjene, dok litijumske verzije lako pređu 3000 ciklusa. Kada je riječ o snazi po kilogramu, olovo-kiselim baterijama uspijeva oko 30 Wh/kg u poređenju sa litijumskim impresivnih 200 Wh/kg. To čini veliku razliku kada se govori o stvarnoj performansi. I ne smijemo zaboraviti ni na okolinu. Olovo je otrovna tvar, a recikliranje ovih baterija stvara velike probleme za sve uključene u proces. Ekološki otisak stopala ovdje je jednostavno prevelik da bi se zanemario.
Litij je očito postao kralj energetskih pohrana zahvaljujući svojoj izuzetnoj energetskoj gustoći. To možemo primijetiti svugdje, od naših mobitela veličine džepova koji mogu trajati danima uz jedno punjenje, do velikih električnih automobila koji izlaze s traka za proizvodnju. Tehnologija litij-ionskih baterija također se neprestano poboljšava. Vrijeme punjenja znatno se skratilo, dok ove baterije mogu izdržati stotine dodatnih ciklusa prije nego što se istroše. To znači da uređaji dulje traju i dugoročno koštaju manje. Što čini litij tako izvanrednim? Pa, vrlo je lagani materijal, što je izuzetno važno kod konstrukcije stvari poput prenosivih solarnih generatora koje ljudi vole koristiti na kampiranju. No, postoji i druga strana priče. Ekološke grupe podižu upozorenja glede porijekla litija. Međutim, neke nedavne studije pokazuju na čišće načine dobivanja litija, što izaziva rasprave o tome koliko je zaista zelena naša energetska pohrana. Industrija zna da mora riješiti ovaj problem ako želi da kupci i dalje vjeruju u njihove proizvode.
1970-ih godina obilježila je neke prilično važne razvojne korake u tehnologiji litijevih baterija, zahvaljujući osobama poput Johna B. Goodenougha i Rachida Yazamija koji su počeli istraživati kako se litij može koristiti u elektrodama. Otkrića koja su istraživači tada napravili stvorila su osnovu za mnoge današnje dizajne baterija. Stanley Whittingham predstavio je ideju o litijevim interkalacijskim spojevima, što je u to vrijeme privuklo pažnju unutar zajednice električnih vozila. Naravno, baterije proizvedene tada nisu bile naročito učinkovite u usporedbi s današnjim modelima, ali predstavljale su važnu prekretnicu. Današnje baterije sigurno stoje na ramenima velikana iz tog razdoblja. Koncepti razvijeni prije mnogo godina znatno su se promijenili tijekom vremena, što jasno vidimo u današnjim baterijama gdje su gustoća energije i ukupni vijek trajanja znatno poboljšani u usporedbi s prethodnicima.
Osamdesetih godina 20. stoljeća označile su prekretnicu za tehnologiju litijevih baterija kada je John B. Goodenough utvrdio da kobaltov oksid izvrsno funkcionira kao katodni materijal. Njegovo otkriće znatno je poboljšalo količinu energije koju ove baterije mogu pohraniti, čime su postale dovoljno praktične za uređaje poput mobitela i laptopova. Prije toga, većina ljudi nije ni znala što je litij-ionska baterija. Ono što je Goodenough postigao postavilo je potpuno novi standard u pogledu učinkovitosti baterija, omogućivši proizvođačima da izrađuju manje uređaje ne žrtvovati snagu. Čak i danas, kombiniranje kobalta s litijem ostaje ključno za proizvodnju boljih baterija. To možemo primijetiti u svemu, od naših pametnih mobitela do velikih prijenosnih punjenih baterija koje nas napajaju tijekom vanjskih avantura ili nestanka struje.
Kada je Sony 1991. godine uveo baterije litij-ionskog tipa na tržište, to je zaista promijenilo način na koji su potrošači razmišljali o prijenosnoj energiji. Ove su baterije u početku bile dizajnirane za male uređaje, što je dovelo do značajnih promjena u raznim vrstama osobne tehnike – mislite na mobilne telefone, laptopove, u osnovi bilo što što zahtijeva dulji vijek trajanja baterije bez potrebe da bude ogromno. Ono što čini ovaj razvoj zanimljivim je kako je transformirao i naše svakodnevne živote i cijele industrije istovremeno. Taj pomak je pomogao nadoknaditi jaz između znanstvenih eksperimenata i stvarnih proizvoda koje su ljudi mogli kupiti s policama u trgovinama. Gledajući stvari danas, vidimo ogromna tržišta izgrađena oko ovih tehnologija, s kompanijama koje ulažu milijarde u izradu boljih verzija. I ne samo u području uređaja, već je ova inovacija postavila temelje za nove primjene poput učinkovitog pohranjivanja solarne energije, nešto što i dalje dobiva na važnosti kako bismo se premačili prema zelenijim alternativama.
Ukratko, put od početnih koncepta litija do komercijalne primjene otvorio je živahnu stazu za budućnost tehnologije čuvanja energije. Učenjem iz ovih ključnih miljevnica nastavljamo svjedočiti značajne napredke u stvaranju sigurnijih, učinkovitijih i održivijih baterija.
Najnoviji razvoj u tehnologiji litijevih baterija sada uključuje nanostrukturirane elektrode, a one zaista mijenjaju pravila igre kada je u pitanju kapacitet baterija. Ove mikroskopske strukture stvaraju puno veću površinu na kojoj se odvijaju kemijske reakcije, pa baterije mogu pohraniti znatno više energije ukupno. Rezultat toga su baterije nove generacije koje imaju otprilike 30% više energije nego prije, a uz to punjenje traje puno kraće – što čini veliku razliku za osobe koje koriste prijenosne električne stanice tijekom izleta u prirodu ili u hitnim situacijama. Još jedna velika prednost je da nanotehnologija zapravo produljuje vijek trajanja ovih baterija. Proizvođači su prije brinuli da će baterije brzo gubiti kapacitet nakon više ciklusa punjenja, ali izgleda da je ovaj problem u velikoj mjeri riješen zahvaljujući tim mikroskopskim poboljšanjima u dizajnu elektroda.
Upravljanje toplinom postalo je ključno za siguran i nesmetan rad litijevih baterija. Nedavni razvoji na području termalne tehnologije usmjereni su prvenstveno na smanjenje opasnosti od pregrijavanja i požara koji mogu nastati ako se stvari previše zagriju. Nove metode hlađenja pokazale su učinkovitost kako u električnim automobilima, tako i u velikim jedinicama za pohranu energije, sprječavajući tzv. termalni bijeg, koji u osnovi znači da baterije počinju nekontrolirano zagrijavati. Kada tvrtke instaliraju ove sustave za upravljanje toplinom, korisnici baterija imaju veće povjerenje u njih, što potiče prihvaćanje u različitim sektorima. Kao rezultat, sve češće litijeve baterije preuzimaju važnije uloge u svemu od pohrane energije u mreži do sigurnosnih sustava za solarne elektrane, što pokazuje zašto su one toliko važne za smjer u kojem tehnologija ide dalje.
Litijevi su akumulatori postali zaista važne komponente današnjih sustava za pohranjivanje solarne energije, pomažući u boljoj iskoristivosti obnovljivih izvora energije. Sustavi za pohranjivanje solarne energije rade tako da pohranjuju energiju sunčevog svjetla kako bi vlasnici kuća mogli i dalje imati električnu energiju kada sunce ne sija dovoljno jako. Što čini litijeve akumulatore posebnim? Oni izdrže mnogo ciklusa punjenja i rade učinkovito, zbog čega se sve češće pojavljuju od solarnih panela na dvorištu do velikih industrijskih instalacija. Ako pogledamo najnovije trendove, uočavamo da sve više ljudi prelazi na pohranu energije zasnovanu na litiju. Prognoze iz industrije predviđaju da će ovaj sektor generirati ogromne prihode koji će dosegnuti milijarde dolara sredinom iduće dekade. Svi ti brojevi upućuju na jednu jasnu stvar - litijeva tehnologija izgleda da će dominirati načinom pohranjivanja energije u budućnosti.
Mala veličina litijevih baterija mijenja ono što ljudi mogu raditi bez struje iz mreže, posebno kada idu kampirati ili imaju potrebu za rezervnom energijom u hitnim situacijama. Dostupne prijenosne električne stanice uključuju pametne sustave koji produžuju vijek trajanja baterija i istovremeno održavaju dobar učinak. Sve više ljudi želi lagane opcije koje rade učinkovito, pa se stoga tržište prijenosnih električnih stanica brzo razvija. Istraživanja tržišta pokazuju da ovo nije samo prolazna moda. Čini se da će ovi uređaji preuzeti značajan dio tržišta van mreže. Zaista su postali nužni alati, bilo da netko treba energiju za vikend izlete ili neočekivane situacije kod kuće.
Baterije s čvrstim elektrolitom mogu promijeniti sve u vezi s litij-tehnologijom jer dolaze s nekoliko značajnih prednosti poput bolje sigurnosti i znatno veće gustoće energije. Glavna razlika u odnosu na uobičajene baterije nalazi se u materijalu elektrolita. Umjesto upotrebe zapaljivih tekućina, ove nove baterije imaju čvrste elektrolite koji čine da požari postanu daleko manje vjerojatni – nešto za čime svi koji rade s baterijama već godinama teže. Većina stručnjaka smatra da ćemo ove baterije vidjeti u trgovinama negdje oko 2030. godine, možda čak i prije ako sve prođe dobro. Velike kompanije već ulažu ozbiljna sredstva u razvoj ove tehnologije, a laboratoriji širom svijeta trče da bi riješili problem masovne proizvodnje.
Budućnost tehnologije litijevih baterija u velikoj mjeri ovisi o boljim metodama recikliranja koje funkcionišu unutar okvira cirkularne ekonomije. Kada govorimo o smanjenju otpada dok vraćamo vrijedne metale iz starih baterija, ovakva inovacija zaista igra ključnu ulogu u očuvanju okoliša. Neki novi pristupi omogućuju reciklerima da iz starećih ćelija izvuku oko 95% elemenata poput litija i kobalta. Takve stope povrata su prilično impresivne u usporedbi s onim što je bilo moguće prije nekoliko godina. S obzirom da vladine institucije pojačavaju pravila u vezi s ugljičnim otiskom i elektronskim otpadom, mnogi proizvođači ulažu sredstva u reciklažne sustave nove generacije. Ovakvi investicije pomažu tvrtkama da ispunje regulativne zahtjeve i donose pametnije odluke u pogledu upravljanja sirovinama na duži rok.