A lítium akkumulátorok, amelyeket gyakran lítium-ionként emlegetnek, azzal működnek, hogy energiát tárolnak és bocsátanak ki ezeknek a mikroszkopikus részecskéknek, az úgynevezett lítiumionoknak köszönhetően. Amikor az akkumulátor működtet valamit, az ionok lényegében az akkumulátor egyik végéből (az anód) a másik végébe (a katód) utaznak. Ez az egész mozgás jellemzője teszi őket különlegessé a régebbi akkumulátoros technológiákhoz képest. Sokkal több energiát tudnak tárolni kisebb helyen anélkül, hogy jelentős súllyal járnának. Ezért váltak a telefonok és laptopok egyre vékonyabbá, miközben továbbra is hosszabb ideig működnek töltés között. Az energiasűrűségük messze felülmúlja a mai piacon elérhető legtöbb alternatívát.
A lítiumakkuk napjainkban szinte mindenhol megtalálhatók a technológiára alapozott életünkben. Ezek az energiaforrások mindenhol jelen vannak, napi használatú eszközeinktől, mint például telefonok és laptopok, egészen a nagyobb dolig, például elektromos autók és napelemes tárolórendszerek. Miért is népszerűek ezek? Hát, könnyűek ugyan, de mégis elég hatékonyak, mivel hosszabb ideig megőrzik töltésüket. Ennek a kombinációnak köszönhetően egyre inkább rájuk szorulunk nemcsak a zsebünkben hordozható játékokhoz, hanem a környezetbarát energiaalternatívák előmozdításához is, amelyekbe számos vállalat ma már jelentősen befektet.
A lítium akkumulátorok az áram előállítását kémiai reakciók segítségével végzik, lényegében apró lítium részecskéket mozgatnak az áramkörben, hogy elektromos áramot hozzanak létre. Amikor ezeket az akkumulátorokat használjuk, a lítium részecskék elindulnak az egyik oldalról (ezt anódnak hívják), és átmennek a másik oldalra (ez a katód), miközben áthaladnak egy elektroliton. Ahogy ezek a részecskék ide-oda mozognak, elektromos áramot termelnek, amely működteti mindent a mobiltelefonoktól az elektromos autókig. Mivel ezek az akkumulátorok rendkívül hatékonyan tudják tárolni és leadni az energiát, nagyon fontossá váltak olyan területeken, mint a napelemek és a szélturbinák, ahol az állandó energiaellátás kritikus fontosságú.
Amikor lítiumakkumulátorokat töltünk, valójában az történik, hogy a lítiumionok visszatérnek az akkumulátor anód részéhez. Ehhez szükség van arra, hogy a kívülről elektromosságot alkalmazzunk magára az akkumulátorra. A feszültségnek nagyobbnak kell lennie, mint ami már benne van, olyan, mint amikor nyomást gyakorlunk a víznyomás ellen. Ez tolja vissza az ionokat az anód oldalára. Ez majdnem ellenkező módon működik ahhoz képest, amikor az akkumulátor használatban van, mert akkor az ionok természetesen a katód felé sodródnak. Ezek az állandó mozgások az anód és a katód között nagyon fontosak ahhoz, hogy az akkumulátor jól megtartsa az energiát, majd később újra kiengedje azt. Ez a kölcsönös mozgás nélkülözhetetlen, különben a telefonok nem bírnák ugyanannyi időt töltésenként. És ha már a valós világról van szó, ez az egész folyamat teszi a lítiumakkumulátorokat rendkívül hasznossá például elektromos autókban és megújuló energiák nagy hálózatokban történő tárolásában, segítve minket a tisztább energiahordozók felé való elmozdulásban.
Elég széles a lítium-akkumulátorok típusainak a választéka, mindegyik más-más feladatokra alkalmas attól függően, hogy milyen vegyi anyagokat tartalmaznak és hogyan működnek. Nézzük például a lítium-vas-foszfát vagy más néven LFP akkumulátorokat. Ezek az izmos darabok számos energiatárolási projekt első számú választásává váltak, köszönhetően annak, hogy jól bírják a hőterhelést, és több ezer töltési cikluson át tartanak. Ezért kedvelik őket annyira a megújuló energia szektor dolgozói, amikor a hagyományos ólom-savas akkumulátorokat akarják kicserélni, amelyek folyamatos karbantartást igényelnek. A valós beépített rendszerek azt mutatják, hogy ezek az LFP akkumulátorok könnyedén túlélnek akár 2000 teljes töltési ciklust is, miközben ellenállnak az intenzív használatnak is. Ezen túl, más lítium-kémiai típusokkal ellentétben, ezeket nem zavarja, ha teljesen lemerülnek, így különösen hasznosak napelemes rendszerek és tartalékenergia-ellátási alkalmazások esetén, ahol maximális rugalmasságra van szükség.
Az LMO akkumulátorok széles körben használatosak az elektromos autókban, mert különféle körülmények között is jó teljesítményt nyújtanak. Egy jelentős előnyük, hogy még hőmérsékletváltozások esetén is meglehetősen stabilak, ráadásul általában biztonságosabbak, mint sok alternatíva. A bennük lévő speciális katódanyag lehetővé teszi, hogy gyorsan töltsenek, és magasabb áramokat is elbírjanak. Az elektromos járműveken túl ezek az akkumulátorok jól működnek olyan kéziszerszámokban, ahol a rövid ideig tartó, nagy energiájú teljesítmény számít, valamint bizonyos orvosi eszközökben is, amelyek megbízható energiaellátást igényelnek. Hátrányuk viszont, hogy a legtöbb LMO akkumulátor élettartama rövidebb, mint sok versenytársáé. A valós világban végzett tesztelés azt mutatja, hogy általában kb. 300 és 700 töltési ciklus után kell őket cserélni. A gyártók számára ez azt jelenti, hogy mindig egyensúlyozni kell az akkumulátorok kiváló teljesítményének előnyeit a későbbi cseréjükkel járó költségek között.
Az LCO akkumulátorok mindenhol megjelennek a készülékeinkben, mert sok energiát tudnak tárolni kis helyen. Okostelefonok, táblagépek, sőt még hordozható számítógépek is erre a technológiára támaszkodnak, köszönhetően a kiváló energia-tárolási képességeknek. Ami miatt ilyen jól működnek, az az, hogy hosszabb ideig képesek működtetni az eszközöket, miközben minimális helyet foglalnak el. De van egy fontos hátrány is, amit érdemes említeni. A biztonság nagyobb kihívást jelent, mivel ezek az akkumulátorok nehezebben viselik a hőt, mint más megoldások, és idővel gyorsabban kopnak. Ennek ellenére a gyártók továbbra is az LCO akkumulátorokat használják, egyszerűen azért, mert jelenleg nincs más, amelyik megközelítené az energia-sűrűségük mértékét, amely elengedhetetlen a mai vékony elektronikai eszközök működéséhez.
Ha a lítiumakkumulátorokat a hagyományos ólom-savas modellekkel hasonlítjuk össze, több kulcsfontosságú területen is nyilvánvalóvá válnak a különbségek, beleértve a súlyt, a töltések számát, valamint az összes tárolt energia mennyiségét. A lítium alapú akkumulátorok lényegesen könnyebbek, ezért kiválóan használhatók olyan eszközökben, amelyeket emberek hordoznak, vagy autókban alkalmaznak, szemben az ólom-savas akkumulátorokkal, amelyek olyan nehézek, mintha téglákat cipelne az ember. Az enyhébb súly miatt a mozgatás során jobb az energiahatékonyság. Egy másik nagy előny a lítiumakkumulátorok élettartama a cseréig. A legtöbb lítium alapú akkumulátor körülbelül 2000 teljes töltési cikluson átesik, míg az ólom-savas elemek általában 500, legfeljebb 1000 töltés után meghibásodnak. Ne feledkezzünk meg az energiasűrűségről sem. A lítium akkumulátorok egységnyi térfogatra körülbelül kétszer annyi energiát tárolnak, mint az ólom-savas technológia. Ez magyarázza, hogy miért tudnak a telefonok és laptopok egyre hosszabb ideig működni töltés között anélkül, hogy méretük vagy súlyuk jelentősen nőne. Mindezen okok együttesen magyarázzák, hogy miért vált a lítium a tartósság és a maximális töltéshasznosítás szinonimájává.
A nikkel-fém hibrid (NiMH) akkumulátorok és a lítium alapúak összehasonlítása világosan mutatja különbségeket a működésükben, teljesítményükben és az üzemeltetési költségekben. A lítium akkumulátorok egyszerűen jobban működnek, mivel nagyobb energiasűrűséget nyújtanak kisebb helyen, és sokkal gyorsabban töltenek. Ez kevesebb várakozással jár töltés közben, valamint összességében jobb teljesítményt biztosít, ami különösen fontos például elektromos autók esetében, ahol minden perc számít. A karbantartás is egy olyan terület, ahol a lítium akkumulátorok jobbak. Ezek nem rendelkeznek a NiMH akkumulátorokra jellemző, zavaró memóriahatással, amely az akkumulátor kapacitásvesztéséhez vezethet résztöltések ismétlődése után. Emellett a lítium akkumulátorok élettartama is hosszabb, így bár a kezdeti költségük magasabb, a vállalkozások többsége hosszú távon költséghatékonyabbnak találja őket a teljes tulajdonlási költségek alapján. Azoknak az iparágaknak, amelyek megbízható energiapellengárt igényelnek, miközben kerülni szeretnék a gyakori cserékből fakadó kiadásokat, a lítium akkumulátor lett az első választás, annak ellenére, hogy a kezdeti befektetés magasabb.
A lítiumakkumulátorok újrahasznosítása nagyban hozzájárulhat a környezeti lábnyomuk csökkentéséhez. A legtöbb újrahasznosítási folyamat célja, hogy értékes anyagokat, például lítiumot, kobaltot és nikkelot nyerjen ki a régi akkumulátorokból, ahelyett, hogy az egészet hulladékká változtatnák. Mindez azzal kezdődik, hogy begyűjtik a kimerült akkumulátorokat, például elektromos járművekből vagy fogyasztói elektronikai eszközökből, majd darabjaira bontják azokat. Miután szétválasztották őket, ezeket a nemesfémeket megtisztítják, majd visszajuttatják a gyártósorokra, hogy új akkumulátorcsomagokat lehessen belőlük készíteni, ezáltal hozzájárulva ahhoz, amit körkörös gazdaságrendszernek nevezünk. A nyersanyag-megtakarításon túl, a megfelelő újrahasznosítás megakadályozza, hogy veszélyes vegyi anyagok kerüljenek a szeméttelepekre, ahol azok idővel beszivároghatnak a felszín alatti vizekbe, vagy mérgezhetik a helyi ökoszisztémákat.
A lítium bányászatának fenntarthatósága nagyon fontos a környezeti károk csökkentése szempontjából. A lítium kitermelésének folyamata, amely számos modern akkumulátor működését lehetővé teszi, gyakran súlyos ökológiai problémákat okoz. A bányászat által érintett területeken a környezet tönkretétele és a vízforrások kiapadása jellemző jelenségek. Van azonban némi jó hír a láthatáron. A vállalatok elkezdtek kísérletezni tisztább módszerekkel a lítium kinyerésére. Egyesek a sós vízből történő kitermelési technikákat vizsgálják, míg mások a hagyományos bányászati módszerek fejlesztésére koncentrálnak. Ezek az új módszerek a természeti károk csökkentését és az erőforrások hatékonyabb felhasználását célozzák. A kihívás továbbra is az, hogyan lehet a növekvő lítium-igényeket kielégíteni anélkül, hogy súlyosan károsítanánk a helyi környezetet. Ahogy az akkumulátortechnológia is egyre fejlődik, a bányászati műveletek és újrahasznosítási programok folyamatos fejlesztése elengedhetetlen lesz, ha a lítiumakkumulátorok fenntartható felhasználását szeretnénk biztosítani.
A biztonság továbbra is elsődleges szempont a lítiumakkumulátorok használatakor a megújuló energiaellátó rendszerekben. A túlmelegedés és a veszélyes termikus felfutás megelőzése különösen fontos nagyobb létesítményeknél, ahol a problémák gyorsan terjedhetnek. Az ipar számos módszert elfogadott az irányítás fenntartásához. A hűtőrendszereket megfelelően kell telepíteni, miközben a fejlett akkumulátorkezelő rendszerek (BMS) segítenek megakadályozni a lehetséges termikus meghibásodásokat, mielőtt azok bekövetkeznének. Egy másik kulcsfontosságú gyakorlat az, hogy minden cella elektromosan el legyen választva a többitől, valamint folyamatosan figyelemmel kell kísérni a működés közben fellépő hőmérsékletet és a töltési ciklusok alatt történő változásokat. Kutatások szerint az akkumulátorhibák körülbelül ötöde a rossz termikus kezelésre vezethető vissza, ami megmagyarázza, miért fektetnek ennyire nagy hangsúlyt számos vállalat ezekre a védelmi intézkedésekre energiatároló rendszereikben.
A lítiumakkumulátorok helyes kezelésének megfelelő eljárások követésével kell kezdeni. A legtöbb gyártó a hitelesített töltők használatának és a megadott feszültségi értékek betartásának fontosságára hívja fel a figyelmet, hogy elkerüljék a veszélyes helyzeteket. A tárolás is fontos szempont, mivel a biztonsági szervezetek gyakran rámutatnak, hogy a hűvös és száraz tárolóhely a legmegfelelőbb, távol a meleg pontoktól vagy olyan helyektől, ahol közvetlen napsütés érheti őket. A vállalatoknak időt kell fordítaniuk arra, hogy betanítsák a személyzetüket ezeknek az áramforrásoknak a megfelelő kezelésére. A rendszeres ellenőrzések és karbantartási rutinfeladatok jelentősen hozzájárulnak a lehetséges veszélyek csökkentéséhez. A megújuló energia-rendszerek esetében, amelyek jelentősen támaszkodnak a lítiumtechnológiára, ezeknek az alapelveknek a betartása nemcsak jó gyakorlat, hanem szinte kötelező, ha tartós zöldenergia-megoldásokat szeretnénk elérni.
A lítiumakkumulátorok jövője fényesnek tűnik, mivel a kutatók egyre hatékonyabb és tartósabb energiatárolási megoldásokon dolgoznak. A tudósok elsősorban azon dolgoznak, hogy növeljék ezeknek az akkumulátoroknak a teljesítménytartalmát, gyorsítsák a töltési folyamatot, és meghosszabbítsák élettartamukat. Ezekkel a fejlesztésekkel olyan akkumulátorokat kapunk, amelyek nagyobb teljesítményt nyújtanak, rövidebb idő alatt töltődnek fel, és hosszabb ideig bírják a cserét – különösen fontos ez például az elektromos járművek és a nap- vagy szélerőművek által előállított áram tárolása szempontjából. Néhány legutóbbi áttörésnek köszönhetően az energiatartalom körülbelül 15 százalékkal nőtt, miközben csökkentek a hosszú töltési várakozási idők. Ez a fajta fejlődés csökkenti a költségeket számos területen, a közlekedéstől a gyártásig, ahogy a vállalatok próbálják csökkenteni szén-dioxid-lábnyomukat teljesítményveszteség nélkül.
A szilárdtest-litium akkumulátorok nagyon ígéretesek a jövő számára, mert nagyobb energiasűrűséget nyújtanak kisebb helyen, miközben sokkal biztonságosabbak, mint a jelenleg használtak. Ezek az új akkumulátorok szilárd elektrolitot használnak, szemben a gyúlékony folyékony elektrolitokkal, így nem lépnek fel szivárgások vagy tűzesetek, ha valami elromlik. Ami ezt a technológiát különösen érdekessé teszi, az az, hogy nemcsak biztonságosabb, hanem magasabb energiasűrűséget is lehetővé tesz. Ezért figyelik odafigyelően ezt a területet az autógyártók és elektronikai vállalatok. A kutatások gyorsan haladnak, és néhány éven belül már szilárdtest akkumulátorok is megjelenhetnek zsebünkben és autóink alatt, megfizethető áron. Olyan megoldásról van szó, amely megváltoztathatja, hogyan működtetjük mindent, a okostelefonoktól kezdve az elektromos teherautókig, jobb teljesítményt nyújtva anélkül, hogy fennállna a jelenlegi akkumulátor technológiákhoz kapcsolódó tűzveszély.
