Mājas Lapa > Ziņas > Blogs
Litija baterijas, vai arī litija jonu baterijas, kā tās bieži sauc, darbojas, uzglabājot un izlaižot enerģiju caur šīm mazajām daļiņām, ko sauc par litija joniem. Kad baterija darbina kaut ko, šie joni būtībā pārvietojas no viena baterijas gala (anoda) uz otru galu (katodu). Tieši šis pārvietošanās process ir tas, kas padara tās tik īpašas salīdzinājumā ar vecāko bateriju tehnoloģiju. Tās var iekļaut daudz vairāk enerģijas mazākās vietās, neuzņemot gandrīz neko no svara. Tāpēc arī telefoni un datoru palīglīdzekļi kļūst aizvien plānāki, tomēr joprojām ilgāk iztur līdz nākamajai uzlādei. Enerģijas blīvums ir ievērojami augstāks nekā lielākajai daļai alternatīvu, kas šobrīd pieejamas tirgū.
Litija baterijas šodienas tehnoloģiski attīstītajā pasaulē ir visur. Šie enerģijas avoti nodrošina darbību visam – sākot no ikdienas lietošanas ierīcēm, piemēram, tālruņiem un planšetdatoriem, līdz pat lielākiem priekšmetiem, piemēram, elektriskajiem automobiļiem un saules enerģijas uzglabāšanas sistēmām. Kas tās padara par tik populārām? Tās ir salīdzinoši vieglas, tomēr spējīgas uzkrāt līdzīgu enerģijas daudzumu kā citi bateriju veidi. Tāpēc mēs uz tām paļāvāmies ne tikai savām kabatas lieluma ierīcēm, bet arī attīstot zaļākas enerģijas alternatīvas, kuru attīstībā pašlaik ievērojami investē uzņēmumi.
Litija baterijas darbojas, izmantojot ķīmiskas reakcijas, lai radītu elektrību, pamatā pārvietojot mikroskopiskas litija daļiņas, lai izraisītu elektriskās strāvas plūsmu. Kad izmantojam šīs baterijas, litija daļiņas sāk kustēties no vienas puses (anoda) uz otru pusi (katodu), šķērsojot elektrolītu. Pārvietojoties šīs daļiņas turp un atpakaļ, tiek ražota elektrība, kas nodrošina darbību no mobilajiem tālruņiem līdz elektriskajiem automobiļiem. Tā kā šīm baterijām ir augsta efektivitāte, uzglabājot un atbrīvojot enerģiju, litija baterijas ir kļuvušas ļoti svarīgas lietām, piemēram, saules paneļiem un vēja turbīnām, kur ļoti svarīga ir stabilas enerģijas piegāde.
Kad mēs uzlādējam litija baterijas, patiesībā notiek tā, ka litija joni pārvietojas atpakaļ uz baterijas anoda daļu. Lai to izdarītu, mums no baterijas ārpuses jāpieliek nedaudz elektrības. Spriegumam jābūt augstākam nekā jau esošajam tajā, tas ir līdzīgi kā spiest pret ūdens spiedienu. Tas atspiež šos mazos jonus atpakaļ uz anoda pusi. Tas darbojas gandrīz pretēji tam, kad baterija tiek izmantota, jo tad joni vienkārši dabiski pārvietojas uz katoda pusi. Šīs pastāvīgās pārvietošanās starp anodu un katodu ir ļoti svarīgas tam, cik labi baterija var uzkrāt enerģiju un vēlāk to atkal atdot. Bez šīs apmaiņas mūsu tālruņi neizturētu tik ilgi starp uzlādēšanām. Un runājot par reālo pasauli, viss šis process padara litija baterijas ļoti noderīgas lietām, piemēram, elektriskajām automašīnām un atjaunojamās enerģijas uzglabāšanai lielos tīklos, palīdzot mums virzīties uz priekšu uz tīrākiem enerģijas avotiem kopumā.
Pastāv diezgan plašs litija bateriju veidu loks, no kuriem katrs ir piemērots dažādiem uzdevumiem atkarībā no to sastāva un darbības principiem. Piemēram, litija dzelzs fosfāta vai LFP baterijas. Šīs baterijas kļuvušas par iecienītu izvēli daudzās enerģijas uzglabāšanas projektās, jo tās spēj izturēt salīdzinoši augstu temperatūru un izturēt tūkstošiem uzlādes ciklu. Tāpēc atjaunojamo energoresursu nozarē šīs baterijas tiek ļoti novērtētas kā veco, regulāri apkopjamo svina skābes bateriju aizvietotājas. Praksē ir pierādīts, ka šādi LFP komplekti var viegli izturēt vairāk nekā 2000 pilnus uzlādes ciklus, turklāt izturēt smagas ekspluatācijas apstākļus. Turklāt, atšķirībā no citiem litija bateriju veidiem, tās nepieprasa uzlādes kontroli līdz galam, tādēļ tās ir īpaši noderīgas saules enerģijas sistēmās un rezerves elektroapgādes lietojumos, kur nepieciešama maksimāla elastība.
LMO baterijas plaši tiek izmantotas elektriskajos automobiļos, jo tās nodrošina labu veiktspēju dažādos apstākļos. Viena no lielākajām priekšrocībām ir tā, ka tās saglabā stabilitāti pat tad, kad temperatūra svārstās, turklāt tās parasti ir drošākas nekā daudzas alternatīvas. Īpašā katoda materiāls ļauj tām ātri uzlādēties un izturēt augstākus strāvas rādītājus. Papildus elektriskajiem transportlīdzekļiem, šīs baterijas labi darbojas arī jaudas rīkos, kur svarīgi ir ātri enerģijas uzplūdi, un pat noteiktos medicīniskajos ierīcēs, kurām nepieciešami uzticami enerģijas avoti. Tomēr trūkums ir tāds, ka lielākajai daļai LMO bateriju kalpošanas laiks ir īsāks nekā citām baterijām. Reālu testēšanu rāda, ka tās parasti nodrošina apmēram 300 līdz iespējami 700 uzlādes ciklus, pirms tās ir jānomaina. Ražotājiem tas nozīmē, ka vienmēr ir jāpanāk līdzsvars starp šo bateriju lielisko veiktspēju un ekspluatācijas izmaksām nākotnē.
LCO akumulatori ir visur mūsu ierīcēs, jo tie nodrošina lielu jaudu ierobežotā vietā. Viedtālruņi, planšetdatori, pat klēpjdatori visi balstās uz šo tehnoloģiju pateicoties tās iespaidīgajām enerģijas uzglabāšanas spējām. To lielisko darbību nodrošina spēja ilgi darbināt ierīces, neaizņemot daudz vietas. Tomēr šeit ir viens būtisks trūkums. Drošība kļūst par lielāku rūpes iemeslu, jo šādi akumulatori slikti panes siltumu, salīdzinot ar citām iespējām, un ar laiku ātrāk nodilst. Tomēr ražotāji pagaidām turpina izmantot LCO akumulatorus vienkārši tāpēc, ka nekas cits neatbilst to enerģijas blīvumam, kas nepieciešams šodienas plāno elektronisko ierīču darbināšanai.
Salīdzinot litijsārņus ar vecākiem svina-acīda modeļiem, atšķirības kļūst acīmredzamas vairākās svarīgās jomās, tostarp svarā, uzlādes ciklu skaitā un kopējā enerģijas uzglabāšanas jaudā. Litijsārņi ir daudz vieglāki, tāpēc tie darbojas daudz labāk lietās, ko cilvēki nēsā līdzi vai ievieto automašīnās, salīdzinājumā ar smagajiem svina-acīda agregātiem, kas jūtas kā ķieģeļu pārvadāšana visur līdzi. Viegls svars nozīmē labāku efektivitāti, pārvietojot mantas visu dienu. Vēl viena liela priekšrocība litijsārņiem ir to kalpošanas laiks pirms nomaiņas nepieciešamības. Vairākums litijsārņu iztur apmēram 2000 pilnus uzlādes ciklus, savukārt svina-acīda sārņi parasti izdodas izturēt tikai 500 līdz 1000 uzlādes reizēm. Arī enerģijas blīvums nav mazāk svarīgs faktors. Litijs uzglabā apmēram divas reizes vairāk enerģijas uz vienu tilpuma vienību salīdzinājumā ar svina-acīda tehnoloģijām. Tieši tāpēc mūsu tālruņi un datorizstrādā ilgāk no vienas uzlādes, nekļūstot lielāki vai smagāki laika gaitā. Visi šie faktori kopā izskaidro, kāpēc litijs ir kļuvis par ieteicamo izvēli ilgmūžības un maksimālas izdevīgās uzlādes izmantošanas ziņā.
Salīdzinot nikelmetalhidrīda (NiMH) akumulatorus ar litija akumulatoriem, ir skaidras atšķirības to darbības efektivitātē, veiktspējā un ekspluatācijas izmaksās. Litija akumulatori vienkārši darbojas labāk, jo tie ietilpst vairāk enerģijas mazākā vietā un uzlādējas daudz ātrāk. Tas nozīmē mazāk gaidīšanas laika lādēšanai un vispārēji labāku veiktspēju, kas ir ļoti svarīgi, piemēram, elektriskajos automobiļos, kur katrs mirklis skaitās. Apkope ir vēl viena joma, kur litija akumulatori ir uzvarētāji. Šiem akumulatoriem nav tās nepatīkamās atmiņas efekta problēmas, kas ir raksturīga NiMH akumulatoriem, un kas izraisa to jaudas samazināšanos pēc atkārtotām daļējām uzlādēšanām. Turklāt litija akumulatori ilgst ilgāk pirms nomainīšanas nepieciešamības, tādēļ, lai gan sākotnējās izmaksas var būt augstākas, lielākajai daļai uzņēmumu izrādās, ka tie ir lētāki ilgtermiņā, ņemot vērā kopējās īpašumizmaksas. Nozarēm, kurām ir nepieciešama uzticama elektroenerģija, neiztērķējot pārāk daudz naudas uz nomainīšanu, litija akumulatori kļuvuši par ieteicamo izvēli, neskatoties uz sākotnējo ieguldījumu.
Litija bateriju pārstrāde ir ļoti svarīga, lai samazinātu to ietekmi uz vidi. Lielākā daļa pārstrādes procesu mērķis ir iegūt vērtīgas vielas, piemēram, litiju, kobaltu un nīķeli no nodilušām baterijām, nevis ļaut visam nonākt atkritumos. Viss sākas ar nodilušo bateriju savākšanu no vietām, piemēram, elektriskajiem automobiļiem un patēriņa elektroniku, pirms tās tiek izjauktas pa daļām. Kad šīs vērtīgās metālu sastāvdaļas ir atdalītas, tās tiek attīrītas un atgrieztas ražošanas līnijās jaunu bateriju komplektu izgatavošanai, kas palīdz veidot tā saukto cirkulāro ekonomiku. Papildus izejvielu ietaupījumam, pienācīga pārstrāde neļauj bīstamām ķimikālijām nokļūt atkritumu poligonos, kur tās varētu izplūst gruntsūdenī vai ar laiku indīt vietējo ekosistēmu.
Litija ieguves ilgtspējas jautājumi ir ļoti svarīgi, lai samazinātu kaitējumu videi. Litija ieguves process, kas nodrošina darbību daudzām mūsdienu baterijām, bieži izraisa nopietnas ekoloģiskas problēmas. Mēs runājam par iznīcinātām dzīvotnēm un izsīkušiem ūdens avotiem apgabalos, kuros tiek veikta rūpnieciskā ieguve. Tomēr ir arī labas ziņas. Uzņēmumi sāk eksperimentēt ar tīrākiem veidiem, kā iegūt litiju no zemes. Daži izmēģina metodes, kas balstītas uz sāļūdens izmantošanu, bet citi koncentrējas uz tradicionālo ieguves paņēmienu uzlabošanu. Šīs jaunās metodes mēģina samazināt dabas postījumus un efektīvāk izmantot resursus. Paliek izaicinājums atrast veidus, kā apmierināt augošo litija pieprasījumu, nesabojājot vietējo vidi. Tā kā bateriju tehnoloģijas turpina attīstīties, turpmāki uzlabojumi gan ieguves procesos, gan pārstrādes programmās būs būtiski, ja mēs vēlamies turpināt litija bateriju ilgtspējīgu izmantošanu.
Drošība joprojām ir viens no svarīgākajiem aspektiem, strādājot ar litija baterijām atjaunojamās enerģijas iekārtās. Pārkaršanas problēmu un bīstamo termiskās izgāšanās novēršana kļūst vēl svarīgāka liela mēroga instalācijās, kur problēmas var ātri izplatīties. Uzņēmējdarbība ir pieņēmusi vairākas pieejas, lai saglabātu kontroli pār situāciju. Dzesēšanas sistēmām jābūt pareizi uzstādītām, bet attīstītās bateriju vadības sistēmas (BMS) palīdz novērst iespējamus termiskus bojājumus pirms to rašanās. Vēl viena svarīga prakse ir nodrošināt, ka katra šūna ir elektriski atdalīta no citām, kā arī cieši uzraudzīt, cik karsti kļūst darbības laikā un ko parāda lādēšanas cikli. Pētījumi liecina, ka aptuveni piektā daļa no visām bateriju problēmām rodas sliktas termiskās vadības dēļ, kas izskaidro, kāpēc tik daudz uzņēmumu ievērojami iegulda šāda veida aizsardzības pasākumos savās enerģijas uzglabāšanas sistēmās.
Litijs akumulatoru pareiza izvēle sākas ar atbilstošu apstrādes procedūru ievērošanu. Lielākā daļa ražotāju uzsver svarīgumu izmantot sertificētus lādētājus un ievērot to sprieguma specifikācijas, lai izvairītos no bīstamām situācijām. Arī uzglabāšana ir svarīga — drošības grupas bieži norāda, ka vislabāk tos turēt vēsā un sausā vietā, prom no karstuma avotiem vai vietām, kur tie varētu tikt izpostīti tiešā saules gaismā. Uzņēmumiem vajadzētu ieguldīt laiku darbinieku apmācībā, kā pareizi apieties ar šiem enerģijas avotiem. Regulāras pārbaudes un apkopes pasākumi veicinās potenciālo briesmu samazināšanu. Atjaunojamās enerģijas iekārtām, kas lielā mērā balstās uz litijs tehnoloģijām, šo pamatprincipu ievērošana nav tikai laba prakse — tas ir gandrīz obligāti jādara, ja vēlamies, lai mūsu zaļās enerģijas risinājumi būtu ilgtspējīgi.
Nākotnes izskatās optimistiski litija bateriju tehnoloģijām, jo pētnieki strādā pie labākiem un izturīgākiem enerģijas uzglabāšanas risinājumiem. Galvenās jomas, kurās zinātnieki sasniedz progresu, ietver jaudas, ko šīs baterijas var uzglabāt, palielināšanu, uzlādes procesa paātrināšanu un to kalpošanas laika pagarināšanu. Ar šādām uzlabojumiem tiek novērotas baterijas, kas nodrošina lielāku jaudu, vienlaikus patērējot mazāk laika uzlādei un ilgāk izturot līdz aizvietošanai – kas ir ļoti svarīgi, piemēram, elektriskajiem automobiļiem un vēja vai saules enerģijas uzglabāšanai. Daži nesenie sasniegumi liek domāt, ka enerģijas ietilpība ir palielinājusies apmēram par 15 procentiem, vienlaikus samazinot ilgās gaidīšanas laiku uzlādē. Šāda veida uzlabojumi palīdz samazināt izmaksas dažādās nozarēs – no transporta līdz ražošanai –, jo uzņēmumi meklē veidus, kā samazināt saviem oglekļa pēdas apmēru, nezaudējot produktivitāti.
Cietā stāvokļa litija baterijas nākotnē izskatās ļoti labi, jo tās ietilpst vairāk enerģijas mazākā vietā, vienlaikus būdot daudz drošākas nekā pašreizējās. Šīm jaunajām baterijām tiek izmantoti cieti elektrolīti, kas nozīmē, ka nav noplūžu vai ugunsgrēku riska, ja kaut kas notiek nepareizi. To, kas šo tehnoloģiju padara tik interesantu, ir fakts, ka tā patiešām uzkrāj enerģiju blīvāk. Tāpēc automašīnu ražotāji un ierīču uzņēmumi cieši vēro šo jomu. Pētniecības līmenī viss notiek ātri, un pēc dažiem gadiem cietā stāvokļa iespējas varētu sākt parādīties mūsu kabatās un zem mūsu automašīnām pie pieejamām cenām. Mēs runājam par kaut ko tādu, kas varētu mainīt to, kā mēs nodrošinām enerģiju no viedtālruņiem līdz elektriskajām kravas mašīnām, nodrošinot labāku veiktspēju bez visa ugunsbīstamības riska, kas saistīts ar pašreizējo bateriju tehnoloģiju.