Litio baterijos, arba litio jonų baterijos, kaip dažnai vadinamos, veikia kaupdamos ir išleisdamos energiją per mažyčius dalelių, vadinamų litio jonų, pagalba. Kai baterija tiekia energiją, šie jonai iš esmės keliauja iš vieno baterijos galo (anodo) į kitą galą (katodą). Būtent šis judėjimas ir daro jas tokias ypatingas lyginant su senesnės kartos baterijų technologijomis. Jos gali sutalpinti daugiau energijos mažesnėje erdvėje ir be ypatingo svorio. Dėl to telefonai ir nešiojami kompiuteriai vis plonėja, tačiau vis tiek ilgiau veikia iš vieno įkrovimo. Energijos tankis yra toks didelis, kad lenkia daugelį šiuo metu rinkoje esančių alternatyvų.
Litio baterijos šiuolaikiniame technologijų valdomame gyvenime yra beveik visur. Šie energijos šaltiniai varo viską – nuo kasdienių įrenginių, tokių kaip telefonai ir nešiojamieji kompiuteriai, iki didesnių dalykų, pavyzdžiui, elektrinių automobilių ir saulės energijos kaupimo sistemų. Kodėl jos tokios populiarūs? Na, jos yra lengvos, tačiau užtikrina pakankamai ilgalaikį įkrovimą. Dėl šios kombinacijos mes jau labai labai priklausome nuo jų ne tik savo kišenės dydžio žaislams, bet ir siekdami pereiti prie šaresnių energijos alternatyvų, į kurias šiuo metu daug investuoja įmonės.
Litio baterijos veikia sukuriant elektros srovę cheminių reakcijų būdu, esančių jų viduje, paprastai perkeliant mikro litio daleles, kad būtų generuojama elektros srovė. Naudojant šias baterijas, litio dalelės pradeda judėti iš vienos pusės (vadinamos anodu) į kitą pusę (katodą), keliaudamos per elektrolitą. Judėdamos pirmyn ir atgal, šios dalelės sukuria elektros energiją, kuri leidžia veikti įrenginiams – nuo išmaniuosiuose telefonuose iki elektrinių automobilių. Dėl efektyvaus energijos kaupimo ir atidavimo litio baterijos tapo labai svarbios saulės elektrinėms ir vėjo elektrinėms, kur nuoseklus energijos tiekimas yra ypač svarbus.
Kai įkrauname litio baterijas, iš tikrųjų litio jonai juda atgal į baterijos anodinę dalį. Tam reikia pateikti kiekvieną elektros srovę iš baterijos išorės. Įtampa turi būti didesnė nei jau esanti viduje, panašiai kaip priešinantis vandens slėgiui. Tai priverčia tuos mažus jonus judėti atgal į anodo pusę. Veikimas beveik priešingas baterijos naudojimo metu, nes tada jonai natūraliai keliauja link katodo. Šie nuolatiniai judėjimai tarp anodo ir katodo yra labai svarbūs tam, kaip gerai baterija gali išlaikyti energiją ir vėliau ją paleisti. Be šio mainymosi, mūsų telefonai neveiktų taip ilgai tarp įkrovimų. Ir kalbant apie realų pasaulį, visas šis procesas daro litio baterijas labai naudingomis elektromobiliais ar saugant atsinaujinančią energiją didelėse elektros tinkluose, padedant visuomenės link švaresnių energijos šaltinių.
Yra gana įvairių litio baterijų tipų, kiekviena tinka skirtingoms užduotims, priklausomai nuo cheminių medžiagų, iš kurių jos sudarytos, ir jų veikimo principų. Paimkime, pavyzdžiui, litio geležies fosfato arba LFP baterijas. Šios patikimos baterijos tapo daugelio energijos kaupimo projektų pirmo pasirinkimo objektu dėl jų gebėjimo išlaikyti aukštą temperatūrą ir išlaikyti tūkstančius įkrovimo ciklų. Dėl šios priežasties atsinaujinančios energijos sektoriaus specialistai jas labai mėgsta, kai reikia pakeisti senąsias, nuolat priežiūros reikalaujančias, švino rūgšties baterijas. Praktiškai įdiegti LFP modeliai parodė, kad jie gali lengvai tarnauti ilgiau nei 2000 pilnų įkrovimo ciklų, vis dar išlaikant pakankamą našumą intensyvios naudojimo sąlygose. Ir, skirtingai nei kai kurios kitos litio chemijos, jos nesibaimina visiškai išsikrauti, todėl ypač naudingos saulės energijos sistemose ir atsarginės energijos tiekimo aplikacijose, kur reikia maksimalios lankstumo.
LMO baterijos yra plačiai naudojamos elektriniuose automobiliuose, nes jos suteikia gerą našumą esant įvairioms sąlygoms. Vienas pagrindinis privalumas yra tai, kad jos išlieka stabilios net tada, kai kinta temperatūra, be to, jos paprastai saugesnės nei daugelis kitų alternatyvų. Speciali katodo medžiaga leidžia joms greitai įkrauti ir išlaikyti didesnes sroves. Be elektrinių transporto priemonių, šios baterijos gerai veikia elektriniuose įrankiuose, kuriems reikia staigių energijos impulsų, taip pat kai kuriose medicninėse įrangose, kurios reikalauja patikimų energijos šaltinių. Tačiau trūkumas yra tas, kad daugelis LMO baterijų nėra tokios ilgaamžės kaip kai kurios kitos rūšys. Praktiškai bandomosios eksploatacijos duomenys rodo, kad jos paprastai išlaiko nuo 300 iki galbūt 700 įkrovimo ciklų, kol reikia jas keisti. Gamintojams tai reiškia, kad visą laiką tenka sverti tarp šių puikių našumo savybių ir ateityje kylančių pakeitimo išlaidų.
LCO baterijos pasižymi didele energijos talpa, todėl jos dažnai naudojamos įvairiose mūsų kasdienio gyvenimo technologijose. Jos leidžia įrenginiams ilgiau veikti, neužimant daug vietos. Tačiau tokios baterijos turi ir trūkumų. Jos blogai toleruoja aukštą temperatūrą ir greičiau nusidėvi laikui bėgant. Visgi, gamintojai toliau naudoja LCO baterijas dėl jų energijos tankio, kuris yra nepasiekiamas kitų baterijų tipų.
Kai pažvelgsime į litio baterijas šalia senųjų švino rūšių modelių, skirtumai tampa akivaizdūs keletą svarbių sričių, įskaitant svorį, įkrovimo kartų skaičių ir bendrą energijos talpinimo talpą. Litiui būdingas mažesnis svoris, todėl jie puikiai tinka nešiojamuose daiktuose ar automobiliuose, palyginti su sunkiomis švino baterijomis, kurios atrodo tarsi neštum brązgų krūvą. Mažesnis svoris reiškia geresnį naudingumo efektyvumą, kai visą dieną judama. Kitas svarbus litiui pranašumas yra ilgesnis tarnavimo laikas iki pakeitimo. Daugelyje atvejų litio baterijos išgyvena apie 2000 pilnų įkrovimo ciklų, tuo tarpu švino rūšių baterijos dažniausiai veikia tik 500–1000 įkrovimų. Taip pat nereikėtų pamiršti ir energijos tankio. Litis saugo maždaug dvigubai daugiau energijos vienetiniame tūryje lyginant su švino technologijomis. Tai paaiškina, kodėl mūsų telefonai ir nešiojami kompiuteriai veikia ilgiau tarp įkrovimų, nes jie nesunkėja arba neauga. Visi šie veiksniai kartu paaiškina, kodėl litis tapo pagrindine pasirinkimo galimybe ilgaamžiškumui ir maksimaliai naudai iš kiekvieno įkrovimo.
Palyginus nikelio metalo hibrido (NiMH) ir litio baterijas matyti aiškias jų veikimo, našumo ir eksploatacinių kaštų skirtumas. Litio baterijos tiesiog veikia geriau, nes jos talpina daugiau energijos mažesnėje erdvėje ir įkraunamos daug greičiau. Tai reiškia mažiau laukimo laiko įkrovimui ir geriausią našumą visumon, o tai ypač svarbu, pavyzdžiui, elektriniuose automobiliuose, kai kiekviena minutė skaičiuojama. Taip pat litio baterijos pranoksta priežiūros srityje. Šios baterijos neturi erzinančio atminties efekto problemos, kuri kelia NiMH baterijų talpos mažėjimą po daugelio dalinio įkrovimo kartų. Be to, litio baterijos tarnauja ilgiau iki reikia jas keisti, todėl nors pradinė kaina gali būti aukštesnė, daugelis įmonių ilgainiui jas laiko pigesnėmis, įvertinant visus turto kaštus. Sektoriams, reikalaujantiems patikimos energijos be didelės kainos keitimui, litio baterijos tapo pirmo pasirinkimo alternatyva nepaisant pradinės investicijos.
Litio baterijų perdirbimas yra labai svarbus siekiant sumažinti jų poveikį aplinkai. Daugelyje perdirbimo procesų siekiama išgauti vertingų medžiagų, tokių kaip litis, kobaltas ir nikelis, iš senų baterijų, o ne leisti, kad visos medžiagos taptų atlieka. Visa procedūra prasideda surinkus išnaudotas baterijas iš vietų, kurios naudojamos elektrinėse transporto priemonėse ir vartojimo elektronikoje, o po to jos išardomos dalis po dalies. Atskyrus jas, šios brangiosios medžiagos yra valomos ir siunčiamos atgal į gamybos linijas naujiems baterijų komplektams gaminti, kas padeda kurti tai, ką vadiname apskritiminės ekonomikos sistemą. Be žaliavų taupymo, tinkamas perdirbimas neleidžia pavojingiems cheminėms medžiagoms patekti į sątikas, kur jos galėtų prasiskverbtį į gruntinį vandenį arba apnuodyti vietines ekosistemas ilgainiui.
Litio gavybos atsakingumas yra labai svarbus siekiant sumažinti žalą gamtai. Procesas, kuriuo gaunamas litis, kuris suteikia energiją daugeliui šiuolaikinių baterijų, dažnai sukelia rimtų ekologinių problemų. Kalbame apie sunaikintas gyvasias aplinkas ir išsemtus vandens šaltinius regionuose, kuriuose vykdoma gavyba. Tačiau yra ir geros naujienos. Įmonės pradeda eksperimentuoti su šaresniais būdais, kaip išgauti litį iš žemės. Vienos įmonės ieško druskos vandens gavybos technologijų, o kitos koncentruojasi ties tradicinės gavybos metodų tobulinimu. Šie nauji metodai siekia sumažinti žalą gamtai ir geriau panaudoti išteklius. Iššūvis išlieka toks pat – rasti būdų patenkinti augantį litio paklausą, nesugriaudinant vietinių aplinkų. Tuo tarpu baterijų technologijos nuolat tobulėjant, svarbu nuolat tobulinti tiek gavybos operacijas, tiek perdirbimo programas, jei norime toliau naudoti litio baterijas atsakingai.
Saugumas vis dar yra viena svarbiausių problemų, kai dirbama su litio baterijomis atsinaujinančios energijos sistemose. Dar svarbiau tampa užkirsti kelią pernaiškai ir pavojingam terminiam nekontroliuojamumui didelio masto įrenginiuose, kuriuose problemos gali greitai plisti. Pramonė priėmė kelis metodus, kad viskas būtų valdome. Būtina tinkamai įdiegti aušinimo sistemas, o pažengusios baterijų valdymo sistemos (BMS) padeda sustabdyti galimus terminius gedimus dar prieš juos atsirandant. Kitas svarbus metodas – užtikrinti, kad kiekviena ląstelė būtų elektriškai izoliuota nuo kitų, taip pat nuolat stebėti, kiek karšta daroma per operaciją ir kas vyksta įkrovos ciklo metu. Tyrimai rodo, kad maždaug viena penktoji visų baterijų gedimų atsiranda dėl netinkamo terminio valdymo, todėl daugelis įmonių taip aktyviai investuoja į tokio tipo apsaugos priemones savo energijos kaupimo sistemose.
Teisingai naudoti litio baterijas pradedama nuo tinkamo elgesio procedūros. Daugelis gamintojų pabrėžia svarbą naudoti sertifikuotus įkroviklius ir laikytis jų įtampos specifikacijų, kad būtų išvengta pavojingų situacijų. Svarbu ir tinkamas saugojimas – saugos grupės dažnai pažymi, kad geriausia laikyti jas vėsiose ir sausose vietose, toliau nuo karštų vietų ar vietų, kur jos galėtų būti veikiamos tiesioginių saulės spindulių. Įmonės turėtų skirti laiko apmokyti darbuotojus tinkamai elgtis su šiais energijos šaltiniais. Reguliarios apžiūros ir priežiūros procedūros daugeliu atvejų padeda sumažinti potencialias grėsmes. Atsinaujinančios energijos sistemoms, kurios labai priklauso nuo litio technologijų, šių pagrindų pažinimas nėra tik geras įprotis – tai praktiškai būtina, jei norime, kad mūsų žaliosios energijos sprendimai būtų ilgaamžiai.
Litynio baterijų technologijos ateitis atrodo šviestai, nes mokslininkai dirba siekdami geresnių ir ilgaesnių energijos kaupimo galimybių. Pagrindinėse srityse, kur mokslininkai pasiekia pažangos, yra baterijų talpos didinimas, įkrovimo proceso pagreitinimas ir jų naudingos trukmės pratęsimas. Dėl šių patobulinimų matome baterijas, kurios turi daugiau galios, tuo tarpu įkrovimas trunka mažiau laiko ir jos ilgiau tarnauja tarp pakeitimų, o tai ypač svarbu tokioms sritims kaip EV ir saulės ar vėjo energijos kaupimas. Kai kurie nauji pasiekimai padidino energijos talpą maždaug 15 procentų, tuo tarpu sumažino ilgus laukimo laikus įkrovimo metu. Toks pagerinimas padeda mažinti išlaidas daugelyje sektorių – nuo transporto iki gamybos, kai įmonės ieško būdų sumažinti anglies pėdsaką, neaukodamos našumo.
Kietojo elektrolito litio baterijos atrodo labai perspektyviai ateityje, nes jos gali sutalpinti daugiau energijos mažesnėje erdvėje ir kartu būti saugesnės nei dabartinės. Vietoj užsiliepsnojančių skystų elektrolitų šios naujos baterijos naudoja kietąsias medžiagas, todėl, jei kyla problemų, jos nesibėga ir neįsiliepsnoja. Tai, kas daro šią technologiją ypač įdomią, yra ne tik didesnis saugumas, bet ir tai, kad ji leidžia tankiau kaupi energiją. Būtent todėl automobilių gamintojai ir elektronikos įrenginių kompanijos stebi šią sritį labai atidžiai. Mokslinių tyrimų srityje judama greitai, o po kelių metų kietojo elektrolito baterijos galės pasirodyti tiek mūsų kišenėse, tiek po automobiliais, be to, jų kaina bus prieinama. Tai yra kažkas, kas gali pakeisti būdą, kuriuo tiekiame energiją nuo išmaniuosiuose telefonuose iki elektrinių sunkvežimių, suteikiant geresnį našumą be visų užsiliepsnojančių pavojų, susijusių su šių dienų baterijų technologijomis.