Lítiové batérie, alebo lítiové iónové batérie, ako sa často nazývajú, fungujú tak, že ukladajú a uvoľňujú energiu prostredníctvom týchto malých častíc zvaných lítiové ióny. Keď batéria napája niečo, tieto ióny v podstate cestujú z jedného konca batérie (anódy) na druhý koniec (katódu). Tento celý pohyb je to, čo ich robí oproti starším batériovým technológiám takým výnimočným. Dokážu zabudovať oveľa viac energie do menších priestorov bez toho, aby veľmi vážili. Preto sa telefóny a notebooky stále znižujú v hrúbke, ale stále vydržia dlhšie medzi nabíjaním. Hustota energie jednoducho prevyšuje väčšinu alternatív dostupných na dnešnom trhu.
Lítiové batérie sú dnes takmer všade v našich technológiách. Tieto zdroje energie poháňajú všetko, od každodenných zariadení ako sú telefóny a notebooky, až po väčšie veci, napríklad elektromobily a systémy na ukladanie energie z fotovoltaických panelov. Čo ich robí takými populárnymi? Sú ľahké, ale zároveň majú dostatočnú kapacitu na udržanie nabitia po dlhšiu dobu. Vďaka tejto kombinácii na ne v súčasnosti veľmi závisíme, a to nielen pre naše vreckové zariadenia, ale aj pre rozvoj ekologických alternatív, do ktorých mnohé spoločnosti teraz veľmi investujú.
Lítiové batérie fungujú tak, že vytvárajú elektrinu pomocou chemických reakcií vo svojich vnútorných častiach, čo v podstate znamená pohyb malých častíc lítia, aby vznikol elektrický prúd. Keď tieto batérie používame, častice lítia začnú cestovať z jednej strany (nazývanej anóda) na druhú stranu (katóda), pričom prechádzajú cez niečo, čo sa nazýva elektrolyt. Keď sa tieto častice pohybujú tam a späť, vytvárajú elektrinu, ktorá zabezpečuje činnosť všetkého, od inteligentných telefónov až po elektrické automobily. Vďaka svojej efektívnosti pri ukladaní a uvoľňovaní energie sa lítiové batérie stali veľmi dôležitými pre zariadenia ako sú solárne panely a veterné turbíny, kde je veľmi dôležité spoľahlivé dodávanie energie.
Keď nabíjame lítiové batérie, v skutočnosti sa lítiové ióny presúvajú späť na anódovú časť batérie. Na to, aby sme to dosiahli, musíme z vonku priplikovať elektrinu. Napätie musí byť vyššie ako to, ktoré je už vo vnútri batérie, niečo ako keď tlačíme proti vodnému tlaku. Tým sú tieto malé ióny tlačené späť na anódovú stranu. Funguje to takmer opačne ako pri používaní batérie, kedy ióny samovoľne prechádzajú na katódovú stranu. Tieto neustále pohyby medzi anódou a katódou sú veľmi dôležité pre schopnosť batérie udržať si energiu a neskôr ju opäť uvoľniť. Bez tohto prichádzania a odchádzania by naše telefóny nemali takú výdrž medzi nabíjaním. A keď už hovoríme o reálnych veciach, tento celý proces robí lítiové batérie veľmi užitočnými pre veci ako sú elektromobily a ukladanie obnoviteľnej energie v rozsiahlych sieťach, čo nám celkovo pomáha prejsť na čistejšie zdroje energie.
Existuje dosť široká škála typov lítiových batérií, pričom každá je vhodná na iné použitie v závislosti od chemického zložení a spôsobu fungovania. Vezmite si napríklad batérie typu lítovo-železo-fosfát (LFP). Tieto batérie sa stali najobľúbenejšou voľbou pre mnohé projekty na ukladanie energie vďaka svojej odolnosti voči vysokým teplotám a schopnosti vydržať tisíce nabíjacích cyklov. Preto ich v oblasti obnoviteľných zdrojov energie tak veľmi obľubujú pri náhrade starých olovených batérií vyžadujúcich neustálu údržbu. Reálne inštalácie ukazujú, že tieto LFP batérie ľahko vydržia viac než 2000 plných nabíjacích cyklov a zároveň odolávajú náročným prevádzkovým podmienkam. Na rozdiel od niektorých iných lítiových chemických zložení, nemajú problém s úplným vybíjaním, čo ich činí obzvlášť vhodnými pre fotovoltické systémy a zálohové napájacie aplikácie, kde je potrebná maximálna pružnosť.
LMO batérie sú široko využívané v elektrických automobiloch, pretože ponúkajú dobrý výkon za rôznych okolností. Jednou z hlavných výhod je ich vysoká stabilita aj pri kolísaní teploty, navyše sú všeobecne bezpečnejšie ako mnohé alternatívy. Špeciálny katódový materiál vo vnútri umožňuje rýchle nabíjanie a zároveň vyrovnávať sa s vyššími prúdmi. Okrem elektromobilov sa tieto batérie dobre osvedčujú v náradzí, kde záleží na rýchlych výbuchoch energie, a dokonca aj v niektorých zdravotníckych zariadeniach, ktoré vyžadujú spoľahlivé zdroje energie. Na druhej strane však väčšina LMO batérií nevydrží tak dlho ako niektoré konkurenčné typy. Reálne testy ukazujú, že zvyčajne vydržia približne 300 až 700 nabíjacích cyklov, než je potrebné ich vymeniť. Pre výrobcov to znamená, že musia neustále hľadať rovnováhu medzi vynikajúcimi výkonovými vlastnosťami a nákladmi na náhradu v budúcnosti.
LCO batérie sa objavujú všade v našich zariadeniach, pretože dokážu poskytovať veľa energie v malom priestore. Smartfóny, tablety, dokonca aj notebooky všetky využívajú túto technológiu vďaka jej vynikajúcim schopnostiam ukladania energie. To, čo ich robí tak efektívnymi, je schopnosť udržať zariadenia v prevádzke po dlhšiu dobu, a to bez toho, aby zaberali veľa miesta. Ale existuje tu aj nevýhoda, ktorá si zasluhuje pozornosť. Bezpečnosť je väčším problémom, pretože tieto batérie zvládajú teplo horšie ako iné alternatívy a s časom sa rýchlejšie opotrebúvajú. Napriek tomu výrobcovia zatiaľ stále používajú LCO batérie jednoducho preto, lebo žiadna iná technológia nedosahuje ich úroveň energetickej hustoty, ktorá je potrebná na napájanie dnešných štíhlych elektronických zariadení.
Keď sa pozrieme na lítiové batérie v porovnaní so staršími oloveno-kyselinovými modelmi, rozdiely sú dosť zrejmé v niekoľkých kľúčových oblastiach, ako je hmotnosť, počet nabíjacích cyklov a celková kapacita ukladania energie. Lítiové batérie sú oveľa ľahšie, čo je dôvod, prečo sa tak dobre hodujú do prenosných zariadení alebo áut namiesto tých ťažkých oloveno-kyselinových jednotiek, ktoré sú ako prenášanie tehál. Nižšia hmotnosť znamená lepšiu efektívnosť pri pohybe vecí počas dňa. Ďalšou veľkou výhodou lítia je jeho životnosť pred výmenou. Väčšina lítiových batérií vydrží približne 2000 úplných nabíjacích cyklov, zatiaľ čo oloveno-kyselinové batérie zvyčajne prestanú fungovať po 500 až 1000 nabitiach. A nemôžeme zabudnúť ani na energetickú hustotu. Lítium uchováva približne dvojnásobnú energiu na jednotku objemu v porovnaní s oloveno-kyselinovou technológiou. To vysvetľuje, prečo naše telefóny a notebooky vydržia dlhšie medzi nabíjaním, a pritom sa nepredlžujú ani nezťažujú. Všetky tieto dôvody dohromady vysvetľujú, prečo sa lítium stal štandardnou voľbou pre trvanlivosť a maximálne využitie každého nabitia.
Pri porovnávaní niklových metal hydridových (NiMH) batérií s lítiovými je zrejmý rozdiel v ich účinnosti, výkone a prevádzkových nákladoch. Lítiové batérie jednoducho fungujú lepšie, pretože uchovávajú viac energie v menšom priestore a nabíjajú sa oveľa rýchlejšie. To znamená menej čakania na nabíjanie a celkovo lepší výkon, čo je dôležité najmä v elektrických automobiloch, kde každá minúta má význam. V oblasti údržby sú lítiové batérie tiež výhodnejšie. Tieto batérie nemajú problém s pamäťovým efektom, ktorý otravuje NiMH batérie a spôsobuje stratu kapacity po opakovanom čiastočnom nabití. Okrem toho lítiové batérie vydržia dlhšie, než je potrebné ich vymeniť, takže aj keď sú počiatočné náklady vyššie, väčšina podnikov zistí, že sú v dlhodobom horizonte lacnejšie, keď sa zvážia celkové náklady na vlastníctvo. Pre priemysel, ktorý potrebuje spoľahlivý zdroj energie bez vysokých nákladov na výmenu, sa lítiové batérie stali preferovanou voľbou napriek počiatočnej investícii.
Recyklácia lítiových batérií veľmi záleží, keď ide o zníženie ich environmentálnej stopы. Väčšina recyklačných operácií má za cieľ získať hodnotné materiály, ako je lítium, kobalt a nikel, zo starých batérií namiesto toho, aby všetko skončilo ako odpad. Celý proces začína zbieraním použitých batérií z miest, ako sú elektromobily a spotrebné elektronické zariadenia, a potom sa batérie rozoberajú po častiach. Po oddelení sa tieto cenné kovy očistia a pošlú späť do výrobných liniek na výrobu nových batériových balíčkov, čo pomáha vytvárať tzv. systém kruhového hospodárstva. Okrem úspory surovín zabraňuje správna recyklácia nebezpečným chemikáliám v znečisťujúcim skládkach, kde by mohli postupne prenikať do spodnej vody alebo otravovať lokálne ekosystémy.
Udržateľnosť ťažby lítia má veľký význam pri znížení environmentálneho poškodenia. Proces ťažby lítia, ktorý napája veľa súčasných batérií, často vedie k vážnym ekologickým problémom. Hovoríme o zničených stanoviskách a vyčerpaných zdrojoch vody v oblastiach, kde sa ťaží. Ale existujú aj dobré správy na obzore. Spoločnosti začínajú experimentovať s čistejšími spôsobmi ťažby lítia. Niektoré skúmajú techniky ťažby z morského solného vody, zatiaľ čo iné sa sústreďujú na vylepšenie tradičných ťažebných metód. Tieto nové prístupy sa snažia znížiť poškodzovanie prírody a zároveň lepšie využívať zdroje. Výzvou ostáva nájsť spôsoby, ako uspokojiť rastúcu poptávku po lite, bez ničenia lokálneho prostredia. A keďže sa batériová technológia neustále vyvíja, ďalšie vylepšenia v oblasti ťažby a recyklačných programov budú kľúčové, ak chceme naďalej používať lítiové batérie udržateľným spôsobom.
Bezpečnosť je stále jednou z najvyšších priorít pri práci s lítiovými batériami v systémoch využívajúcich obnoviteľnú energiu. Zamedzenie prehrievaniu a nebezpečným termálnym únikom sa ešte viac zvyšuje v rozsiahlych inštaláciách, kde sa môžu problémy rýchlo šíriť. Priemysel prijal viacero prístupov, ako udržať situáciu pod kontrolou. Chladiace systémy musia byť správne inštalované, zatiaľ čo pokročilé systémy riadenia batérií (BMS) pomáhajú zabrániť potenciálnym termálnym poruchám ešte pred ich vznikom. Ďalšou dôležitou praxou je zabezpečenie elektrického oddelenia jednotlivých článkov od seba, ako aj prísne sledovanie teplotných hodnôt počas prevádzky a priebehu nabíjania. Výskum ukazuje, že približne každá pätá porucha batérie vzniká kvôli nedostatočnému riadeniu tepla, čo vysvetľuje, prečo veľa spoločností investuje výrazné prostriedky do tohto druhu ochranných opatrení pre svoje systémy na ukladanie energie.
Správne nakladanie s lítiovými batériami začína dodržiavaním správnych postupov pri manipulácii. Väčšina výrobcov zdôrazňuje význam používania certifikovaných nabíjačok a dodržiavania ich špecifikácií napätia, aby sa predišlo nebezpečným situáciám. Dôležitá je aj skladovacia prevencia, pričom bezpečnostné skupiny často upozorňujú, že najlepšie je uchovávať ich na chladnom a suchom mieste, mimo horúcich miest alebo miest, kde by mohli byť vystavené priamemu slnečnému žiareniu. Spoločnosti by mali investovať čas do školenia personálu o správnej manipulácii s týmito zdrojmi energie. Pravidelné kontroly a údržbové rutiny výrazne prispievajú k zníženiu potenciálnych rizík. Pre nastavenia obnoviteľných zdrojov energie, ktoré výrazne závisia od lítiovej technológie, je správne zvládnutie týchto základov nie len odporúčanou praxou, ale takmer povinnosťou, ak chceme, aby naše riešenia zelenej energie vydržali.
Budúcnosť technológie lítiových batérií vyzerá ružovo, keďže výskumníci pracujú na lepších a odolnejších možnostiach ukladania energie. Hlavné oblasti, v ktorých vedci dosahujú pokrok, zahŕňajú zvyšovanie množstva energie, ktoré tieto batérie dokážu uchovať, urýchľovanie procesu nabíjania a predlžovanie ich životnosti. Vďaka týmto vylepšeniam vidíme batérie, ktoré majú väčší výkon, kratší čas nabíjania a dlhšiu trvanlivosť medzi výmenami – čo je veľmi dôležité napríklad pre elektromobily a ukladanie elektrickej energie z vetrných alebo slnečných elektrární. Niektoré nedávne pokroky zrejme zvýšili kapacitu energie o približne 15 percent a zároveň skrátili dlhé čakacie časy pri nabíjaní. Takýto typ vylepšení pomáha znížiť náklady v mnohých odvetviach, od dopravy až po výrobu, keďže spoločnosti hľadajú spôsoby, ako znížiť svoju uhlíkovú stopu bez poškodenia výkonu.
Akumulátory so solidným elektrolytom vyzerajú pre budúcnosť veľmi dobre, pretože dokážu uložiť viac energie do menších priestorov a zároveň sú oveľa bezpečnejšie ako súčasné batérie. Namiesto horľavých kvapalných elektrolytov používajú tieto nové akumulátory pevné látky, čo znamená, že nehrozí únik alebo požiar pri poruche. To, čo robí túto technológiu tak zaujímavou, je skutočnosť, že okrem vyššej bezpečnosti dokážu aj hustejšie ukladať energiu. Preto sledujú vývoj tejto technológie pozorne výrobcovia áut aj výrobcovia elektroniky. Výskumné pole sa vyvíja rýchlo a do niekoľkých rokov by mohli byť batérie so solidným elektrolytom dostupné v našich kapesních zariadeniach aj v elektrických automobiloch za ceny prijateľné pre bežných používateľov. Hovoríme o niečom, čo môže zmeniť spôsob, akým napájame všetko od inteligentných telefónov až po elektrické kamióny, pričom ponúkajú lepší výkon bez rizika výbuchu či požiaru spojeného s dnešnou batériovou technológiou.
