Lítíum batterí eru líka kölluð lítíum-jón bæði gera það með því að geyma og losa orkuna í gegnum þessar miklu smáu partíkla sem kallast lítíum jónir. Þegar batteríið er að koma á eitthvað þá feru þessar jónir í raun og veru frá öðrum enda batteríið (anóður) til hins annars ends (katóður). Allur þessi hreyfinga hluti er sá sem gerir þau svo sérstök í samanburði við eldri batterí tækni. Þau geta tekið meira afl á minni pláss án þess að vega mikið. Þess vegna eru símar og tölvar sem eru þreifari en áður en þó haldi lengur á milli hleðsla. Orkufýstnin er langt hærri en viðurkenndur kostur á markaðnum í dag.
Litíumgeymar eru alls staðar í dag í tæknistyddum lífi. Þessir orkugjafar keyra allt frá venjulegum tækjum eins og símum og fartölvum upp í stærri hluti eins og rafmagnsbifreiðum og sólarafholunarkerfi. Hverju er þeim svo vinsælir? Nú, þeir eru létta en geta samt orðið fyrir frekar langri hleðslu. Vegna þessa samsetningar höfum við verið að treysta mjög á þá ekki bara fyrir pottaleiknum okkar heldur einnig til að styrkja grænari orkuupptök sem margar fyrirtæki eru nú að stórtaka í.
Lítíumgeymdir virka með því að búa til raforku með efnaaðgerðum inni í þeim, að grunni máli færa litla lítíumpartíkla um og þannig gera rafstraum að flæða. Þegar við notum þessa geyma byrja þessir lítíumpartíklar að ferðast frá öðrum hlið (nefnd anóð) yfir á hina hliðina (katóðinn) og ferðast í gegnum eitthvað sem kallast rafeindasýra á leiðinni. Þegar þessir partíklar hreyfast fram og til baka mynda þeir raforku sem keyrir allt frá snjallsímum yfir í rafmagnsbíla. Vegna þess hversu skilvirkir þeir eru í að geyma og losa afl hafa lítíumgeymdir orðið mjög mikilvægir fyrir hluti eins og sólarspjöld og vindurhjól, þar sem áreiðanlegur orkufyrði er mikilvægur hlutur.
Þegar við hleðum litíumgeymdum eru það raunverulega litíumjónir sem færa sig aftur á anódhlutann á geymnum. Til að gera þetta þurfum við að beita einhverju rafmagni frá utan um geyminn sjálfan. Rafspennan verður að vera hærri en sú sem er þegar inni í honum, eins og að ýta á móti vatnsþrýstingi. Þetta ýtir þeim litlu jönunum aftur yfir á anódhliðina. Það virkar næstum öfugt við þegar geymurinn er í notkun, því þá fljúga jönunum náttúrulega í átt að katódinni í staðinn. Þessar stöðugu hreyfingar á milli anódar og katóðar eru mjög mikilvægar fyrir hversu vel geymurinn getur geymt orkuna og gefið hana aftur síðar. án þessara breytinga myndu ekki símar okkar haldast jafnlangt á milli hleðsla. Og til að tala um raunverulegar hluti, gerir þessi heildarlega ferli litíumgeymd svo gagnlegar fyrir hluti eins og rafmagnsbílar og geymslu endurheimanlegrar orku í stórum rafkerfum, sem hjálpar okkur áfram í átt að hreinni orkugjöf.
Það eru nokkrar tegundir af litíum batteríum á markaðnum sem hvert sitt er hentugt fyrir mismunandi verkefni eftir því hvaða efni þau innihalda og hvernig þau virka. Lítum á litíum járn fosfúr eða LFP batteríum sem dæmi. Þessi stóru strákar hafa orðið vinsæl valkostur í mörgum orkugeymslulausnum vegna þeirra getu til að sinna hita og haldast í þúsundum af hleðsluferlum. Þess vegna elska þeir sem starfa innan endurheimtar orku þau svo mikið þegar leitað er að skipta út eldri bleiðu syrðabatteríum sem þurfa stöðugt viðgerðir. Í raunverulegum uppsetningum er sýnt fram á að þessi LFP sett geta auðveldlega haldið áfram yfir 2000 fulla hleðsluferli án þess að missa af styrk jafnvel undir miklum álagi. Og á móti sumum öðrum litíum gerðum þola þau að vera tæmd alveg án þess að það valdi vandamálum, sem gerir þau sérstaklega gagnleg fyrir sólorkukerfi og vistkerfi þar sem mikil snilni og sveigjanleiki er nauðsynlegur.
LMO rafhlöður eru víða notaðar í rafmagnsbílum vegna þess að þær bjóða góða afköst undir ýmsum aðstæðum. Ein stór áhrifavaldandi kostur er hvernig þær eru stöðugir jafnvel þegar hitastig breytist, auk þess að þær séu almennt öruggari en mörg aðferð til. Sérstök hleðsluefni inni í þeim leyfir þeim að hlaða fljótt og takast við hærri rafstraum þá einnig. Fyrir utan rafmagnsökutur, sjáum við þessar rafhlöður virka vel í orkuvélmunum þar sem fljótar árennur af orki eru mikilvægar, og jafnvel í ákveðnum lækningatækjum sem þurfa traustar orkugjafar. Í öruggu lagi þó, eru flestar LMO rafhlöður ekki jafnýtar og sumir samkeppendur. Raunveruleg prófanir sýna að þær gefa venjulega um 300 og mögulega upp í 700 hleðsluferli áður en þær þurfa að skipta út. Fyrir framleiðendur þýðir þetta að það er alltaf jafnvægi á milli þess að ná í þá frábæru afköst og þurfa að takast við skiptikostnað á síðari stigi.
LCO rafhliðar birtast allsstaðar í tælum okkar vegna þess að þeir hafa svo mikla afl í lítil bili. Snjalltælur, tólfuta, svo og tölva áttu við þessa tæknina vegna frábæra getu hennar til að geyma orkuna. Það sem gerir þá virka svo vel er að þeir geta haldið tælunum í gang lengi án þess að taka upp mikinn pláss. En það er einu sinni verið að minnast á eina hliðju. Öryggi verður stærri áhyggjuefni þar sem þessir rafhliðar takast ekki við hita eins vel og aðrir valmöguleikar og þeir eyðast hraðar með tímanum. En samt fylgja framleiðendur LCO rafhliðum fyrir stundina einfaldlega vegna þess að ekkert annað samsvarar orkneytni þeirra þegar um er að ræða að kveikja upp í fljófa tælina sem eru í boði í dag.
Þegar við skoðum litíum-batterí í samanburði við eldri bleiðarsöfnunarbatterí, þá verða munirnir á sviði ljósir í mörgum lykilmálum eins og þyngd, hversu oft þau hægt er að hlaða og heildarlega geymslugetu þeirra. Litíumhólf eru miklu léttari, sem er ástæðan sem þau virka svo vel í hlutum sem fólk býtur með eða setur í bíla í stað þess að nota þessi erfiðu og þungu bleiðarbatterí sem finnast eins og teglur. Léttari þyngd þýðir betri skilvirkni þegar færa á hluti um allan daginn. Annað stórt plús fyrir litíum er líftíminn áður en þau þurfa að skipta út. Flestar litíum-batterí eru í notkun í um 2000 heildar hleðsluferli, en bleiðarsöfnunar batterí gefa yfirleitt eftir eftir 500 til 1000 hleðslur í besta falli. Og ekki síst geta orkufraeði heller ekki gleymst. Litíum getur geymt tæplega tvöfalt meiri orku á rúmmálsenhetu samanborið við bleiðarsöfnunar tækni. Það skýrir af hverju síminn og tölvan okkar heldur áfram að virka lengur á milli hleðslu án þess að stækkandi eða verða þyngri með tímanum. Allir þessir þættir saman skýra af hverju litíum hefur orðið aðalval á sviði varanleika og að nýta hverja hleðslu best mögulega.
Þegar grýtt er við níkel-metall-hýdríð (NiMH) rafhlaða og lítíumhlaða kemur í ljós greinilegur munur í hversu vel þeir virka, hvernig þeir framkvæma og hvað það kostar að reyna þá. Lítíumhlaðar virka einfaldlega mun betur þar sem þeir innihalda meira orkuflokk í minni rými og hlaða miklu fljóttari. Þetta þýðir minna biðtíma við hleðslu og betri heildarstöðugleika, sem er mjög mikilvægt í hlutum eins og rafmagnsöurum þar sem sérhver mínúta telst. Viðgerðir eru einnig svið þar sem lítíum hlaðar sigra. Þessir hlaðar hafa ekki þá pínuvænu minnisáhrifin sem eru einkennileg fyrir NiMH hlaða, sem hefur tilhneigingu til að gera þá að missa af getu eftir endurteknar hlutaflegar hleðslur. Auk þess lifa lítíumhlaðarnir lengur áður en þeir þurfa að skiptast út, svo að þó að upphaflega kostnaðurinn geti verið hærri, þá finna flest fyrirtæki að þeir eru ódýrari á langan hátt þegar heildarkostnaður er skoðaður. Fyrir iðnaðar sem þurfa traustan aðgang að afl án þess að brjótast á endurkaupum, þá hefur lítíum orðið að verulega vali þótt upphaflega fjárfestingin sé mikil.
Endurnýting á litíumgeymdar hefur mikilvæga áhrif á að minnka umhverfisafurð þeirra. Flestar endurnýtingaraðgerðir snúast um að ná gildisamefnum eins og litíum, kóbolt og níkel úr gömlum geymdum í stað þess að láta allt fara í rusl. Allt byrjar á að safna notaðum geymdum frá hlutum eins og rafmagnsvögnunum og neytendavélum áður en þeir eru tekin sundur skref fyrir skref. Þegar skipt er úr þeim, eru þessir verðmætir hreinsaðir og sendir aftur í framleiðslulínur fyrir nýja geymdahólf, sem hjálpar til við að byggja það sem kallað er verkólkunn á sviði. Auk þess að spara hráefni, kemur í veg fyrir að hættulegar efni lendi á ruslsvæðum þar sem þau gætu lekið í grunnvatn eða eyðilegt staðbundin vistkerfi með tímanum.
Lítning málefni málefni varðandi lítningar á umhverfisvanda er mikilvæg þegar um ræðir að draga úr umhverfislegum skaða. Ferlið við að ná í lítning, sem er í mörgum nútíma rafkössum, leiðir oft til alvarlegra umhverfisvanda. Við erum að tala um eyðingu búsvæðum og tæmdum vatnsgjöllum í svæðum þar sem fyrir fer málmleitni. En það er einnig góð frétt í sjóninni. Fyrirtæki eru að byrja prófa hreinari aðferðir til að fá lítning úr jarðu. Sum eru að skoða aðferðir við að ná því úr saltvatni, en aðrar aukast á því að bæta hefðbundnar málmleitnifærslur. Þessar nýju aðferðir reyna að draga úr skaða á náttúrunni og nýta auðlindir betur. Það sem á eftir stendur er að finna leiðir til að uppfylla aukna eftirspurnina eftir lítning án þess að eyða umhverfinu í svæðum þar sem málmleitni fer. Og meðan þróun rafkössa heldur áfram, munu stöðugar bætingar á málmleitni og endurnýtingarverkefnum vera af mikilvægi ef við viljum halda áfram notkun lítningarsafkössum á sjálfbæran hátt.
Öryggisatriði eru áfram helstefni þegar unnið er með litíum-batterí í uppbyggingu á endurnýjanlegri orku. Að koma í veg fyrir ofhleypingu og þær hættulegu hitasprettur verður enn mikilvægara í stórum verkefnum þar sem vandamál geta dreifst fljótt. Iðnaðurinn hefur tekið upp ýmsar aðferðir til að halda stöðunni undir stýringu. Kæliskipanir verða rétt settar upp, en framfarin kerfi til stjórnunar á batteríum (BMS) hjálpa til við að koma í veg fyrir mögulegar hitasprettur áður en þær verða að vandamálum. Aðrar lykilatriði eru að tryggja að hver rafeind sé aðskilin frá hinum, auk náinnar eftirlits með hitastig í starfsemi og því hvernig færð er í hleðsluhólfum. Rannsóknir sýna að um þriðjung af öllum bilunum í batteríum eru tengdar slæmri hitastjórnun, sem segir frá því af hverju svo margar fyrirtæki leggja svo mikla áherslu á þess konar verndaráætlanir fyrir geymslukerfi sín umfram annað.
Réttur að meðhöndla litíumgeyma byrjar á því að fylgja réttum meðferðarreglum. Flerir framleiðendur leggja áherslu á mikilvægi notkunar staðfestra hleðsla og fylgja spennuskilgreiningum þeirra til að forðast hættulegar aðstæður. Lager á má einnig öryggisstofnanir oft sýna fram á að vera á köldum og þurrum stað virkar best, í burtu frá hitapunktum eða staðsetningum þar sem þeir gætu fengið að leynast í beinu sólarskinu. Fyrirtæki ættu að leggja tíma í þjálfun starfsmanna í rétta meðferð þessa veldisheimilda. Venjulegar yfirlestrar og viðhaldsferlar eru afar gagnlegir til að draga úr mögulegum hættum. Fyrir uppsetningar með endurheimtanlega orku sem byggja mikið á litíumtækni er að fá þessar grunnatriði rétt að ekki bara vera góð ræða heldur nánast verðskulduð ef við ætlum að endurheimtanleg orku lausnir okkar verði varandi.
Það er bjartsýnt fyrir litíum rafhlaðtækni þar sem rannsakendur eru að vinna að betri og varþægari orðunaraðgerðarvalkostum. Helstu sviði þar sem vísindamenn eru að ná framförum eru meðal annars að hækka hversu mikið afl þessir rafhlöður geta geymt, auka hraða hleðsluferlisins og lengja notverðann þeirra. Með þessum uppgröðum sjáum við rafhlöður sem eru meira aflmiklar en þær taka minna tíma að hlaða og eru lengri með því að þurfa að skipta út þeim - eitthvað sem er mjög mikilvægt fyrir hluti eins og rafmagnsbifreiðir og geymslu á sól eða vindorku. Sumar nýjustu uppgötvanir hafa virðist hækka orkugáfu um allt að 15 prósent á meðan þær hafa minnkað þá langu biðtíma við hleðslu. Slík framför getur hjálpað til við að lækka kostnað í ýmsum iðnaðargreinum, frá samgöngum yfir í framleiðslu, þar sem fyrirtæki eru að leita að leiðum til að draga úr kolefnisfætunni án þess að fá afköstum
Lífranlegir litíum-batterí líkjast mjög góðum framtíðarhorfum, þar sem þau geta geymt meira orkuf magn á minni pláss og eru á sama tíma öruggari en þau sem við notum í dag. Í stað þeirra brunaðar eða eldfimlegra vökva sem eru notaðir í hefðbundnum rafstraumabatteríum er notuð fast efni, sem þýðir engar leka eða elda þegar einhver hluti fer úrskeiðis. Það sem gerir þessa tæknina sérstaklega áhugaverða er að hún er ekki aðeins öruggari heldur geymir hún líka meira orku á hvarri rými. Þess vegna eru bílagerðir og framleiðendur á sviði tæknivarúmfæra að fylgjast náið með þessu sviði. Rannsóknirnar eru að fara hratt á undan og innan nokkurra ára gætu lífranlegar valkostir byrjað að birtast í vasanum okkar og undir bílunum okkar á verði sem fólk getur borgað. Við erum að tala um eitthvað sem gæti breytt því hvernig við keyrum allt frá snjallsímum yfir í rafdrifna bíla og veiðiskiði, með betri afköstum án þess að hafa alla eldhættur sem fylgja hefðbundnum batteríum í dag.
