Litijevi akumulatorji, imenovani tudi litijev ionski, delujejo tako, da shranjujejo in sproščajo energijo s pomočjo majhnih delcev, imenovanih litijevi ioni. Ko akumulator napaja kaj, ti ioni potujejo z enega konca akumulatorja (anoda) na drugi konec (katoda). Prav ta premik je zanje značilen in jih loči od starejše akumulatorske tehnologije. Lahko shranijo veliko več energije na manjšem prostoru, ne da bi bili težki. Zato so telefoni in prenosniki vedno tanjši, a še vedno imajo daljše delovanje med polnjenji. Gostota energije je precejšnja in prekaša večino drugih rešitev na današnjem trgu.
Litijevi akumulatorji so danes povsod prisotni v našem tehnološko naprednem življenju. Te naprave napajajo vse od naših vsakodnevnih naprav, kot so telefoni in prenosniki, do večjih stvari, kot so električna vozila in sistemi za shranjevanje energije iz sonca. Zakaj so tako priljubljeni? No, so lahki, a hkrati zmogljivi, saj dolgo časa ohranjajo naboj. Zaradi te kombinacije na njih zelo zelo močno zaupamo ne samo za naše prenosne naprave, temveč tudi za razvoj okolju prijaznejših energetskih rešitev, v katere sedaj mnoge podjetja močno investirajo.
Litijeve baterije delujejo tako, da ustvarjajo elektriko s kemijskimi reakcijami znotraj njih, kar pomeni, da premikajo majhne litijeve delce, da bi električni tok tekel. Ko uporabljamo te baterije, litijevi delci začnejo potovati z ene strani (imenovane anoda) na drugo stran (katoda), pri čemer prehajajo skozi nekaj, kar se imenuje elektrolit. Ko se ti delci premikajo naprej in nazaj, proizvajajo elektriko, ki poganja vse od pametnih telefonov do električnih avtomobilov. Zaradi svoje učinkovitosti pri shranjevanju in sproščanju energije so litijeve baterije postale zelo pomembne za naprave, kot so sončne elektrarne in vetrne turbine, kjer je nenehen dobavni tok zelo pomemben.
Ko polnimo litijeve baterije, se litijevi ioni dejansko premikajo nazaj proti anodi baterije. Za to moramo iz baterije uporabiti elektriko od zunaj. Napetost mora biti višja kot tista, ki je že v notranjosti, nekako kot bi potiskali vodo pod tlakom. To potisne te majhne ione nazaj na stran anode. Deluje skoraj nasprotno kot ob uporabi baterije, ker se ioni takrat naravno premikajo proti katodi. Ti nenehni premiki med anodo in katodo so zelo pomembni za sposobnost baterije, da shrani energijo in jo pozneje spet sprosti. Brez tega menjanja naše mobilne naprave ne bi imele enako dolgega časa med polnitvama. Če že govorimo o resničnem svetu, celoten proces naredi litijeve baterije zelo uporabne za stvari kot so električna vozila in shranjevanje obnovljive energije v velikih omrežjih, kar nam pomaga pri prehodu na čistejše energijske vire.
Obstaja kar nekaj različnih vrst litijevih baterij, od katerih je vsaka primerna za različne naloge, odvisno od kemične sestave in načina delovanja. Vzemimo na primer litijevo-železove fosfatne ali LFP baterije. Te so postale prva izbira za številne projekte shranjevanja energije zaradi svoje odpornosti na toploto in sposobnosti, da prenesejo tisoče ciklov polnjenja. Zato jih v sektorju obnovljivih virov energije tako cenijo kot nadomestek za starejše svinčene akumulatorje, ki zahtevajo stalno vzdrževanje. Praktične izvedbe kažejo, da lahko te LFP baterije preživijo tudi več kot 2000 polnih ciklov polnjenja in še vedno ostanejo zanesljive pod težkimi pogoji uporabe. Za razliko od nekaterih drugih litijevih kemij, nimajo težav z popolnim praznjenjem, kar jih naredi še posebej uporabne v sončnih energetskih sistemih in rezervnih napajalnih sistemih, kjer je potrebna največja prilagodljivost.
Baterije LMO se pogosto uporabljajo v električnih avtomobilih, ker ponujajo dobro zmogljivost v različnih pogojih. Ena glavnih prednosti je njihova stabilnost tudi ob nihanjih temperature, poleg tega so na splošno varnejše od mnogih alternativ. Posebni katodni material znotraj omogoča hitro polnjenje in tudi obdelavo višjih tokov. Poleg električnih vozil vidimo te baterije, kako dobro delujejo v orodjih, kjer je pomembna kratkotrajna energijska potreba, in celo v določenih medicinskih napravah, ki zahtevajo zanesljiv vir energije. Na žalost večina baterij LMO ne traja tako dolgo kot nekatere druge rešitve. Resnični testi kažejo, da ponavadi zagotovijo približno 300 do morda 700 polnilnih ciklov, preden jih je treba zamenjati. Za proizvajatelje to pomeni, da morajo vedno ohranjati ravnovesje med odličnimi zmogljivostmi in stroški zamenjave v prihodnosti.
Baterije LCO se pojavijo povsod v naših napravah, ker v majhnih prostorih shranijo veliko energije. Pametni telefoni, tablice, celo prenosniki vse temeljijo na tej tehnologiji zaradi njene izjemne zmogljivosti shranjevanja energije. Tisto, kar jih naredi tako učinkovite, je sposobnost, da naprave delujejo dlje, ne da bi zavzele veliko prostora. Vendar obstaja ena pomembna težava. Varnost postane večji problem, saj te baterije ne prenašajo toplote tako dobro kot druge možnosti in se sčasoma hitro izrabijo. Kljub temu proizvajalci še vedno uporabljajo baterije LCO, preprosto zato, ker nič drugega ne more tekmovali z njihovo energijsko gostoto, ko gre za napajanje današnjih tankih elektronskih naprav.
Ko primerjamo litijeve baterije z običajnimi svinčeno-kislinskimi modeli, so razlike precej očitne na več ključnih področjih, kot so teža, število polnjenj in skupna zmogljivost shranjevanja energije. Litijevi paketi so veliko lažji, kar je tudi razlog, zakaj se uporabljajo v napravah, ki jih ljudje nosijo s seboj, ali pa v avtomobilih namesto teh težkih svinčenih enot, ki so kot opeke. Lažja teža pomeni boljšo učinkovitost pri premikovanju stvari skozi dan. Še ena velika prednost litija je njegova življenjska doba pred zamenjavo. Večina litijevih baterij zdrži približno 2000 polnih ciklov polnjenja, medtem ko svinčeno-kislinske baterije običajno odpovejo po 500 do največ 1000 polnjenjih. Ne smemo pozabiti niti na energijsko gostoto. Litij shrani približno dvakrat več energije na enoto prostornine v primerjavi s svinčeno-kislinsko tehnologijo. To razlaga, zakaj naši telefoni in prenosniki delujejo vedno dlje med polnjenji, ne da bi postajali večji ali težji. Vsi ti razlogi skupaj razlagajo, zakaj je litij postal prva izbira za vzdržljivost in maksimalno izkoriščenost vsakega polnjenja.
Primerjava baterij z nikelovim kovinskim hidridom (NiMH) z litijevimi baterijami razkriva jasne razlike v učinkovitosti, zmogljivosti in stroških obratovanja. Litijeve baterije delujejo preprosto bolje, saj shranijo več energije na manjšem prostoru in se polnijo veliko hitreje. To pomeni manj čakanja med polnjenjem in boljše skupne zmogljivosti, kar je zelo pomembno na primer v električnih avtomobilih, kjer vsaka minuta šteje. Vzdrževanje je še ena prednost litijevih baterij. Te baterije nimajo nadležnega učinka pomnilnika, ki otežuje NiMH baterijam in zaradi katerega te izgubijo zmogljivost po ponavljajočih se delnih polnjenjih. Poleg tega litijeve baterije trajajo dlje pred menjavo, zato čeprav so začetni stroški višji, večina podjetij ugotovi, da so v dolgoročnem pogledu cenejše ob upoštevanju skupnih stroškov lastništva. Za industrije, ki potrebujejo zanesljivo energijo brez visokih stroškov menjav, so litijeve baterije postale prva izbira kljub začetnemu vlaganju.
Recikliranje litijevih baterij ima velik pomen pri zmanjševanju njihovega okoljskega vpliva. Večina reciklažnih postopkov temelji na pridobivanju cenjenih materialov, kot so litij, kobalt in nikelj, iz odsluženih baterij, namesto da bi vse šlo v odpad. Celoten proces se začne z zbiranjem uporabljenih baterij iz električnih vozil in potrošniške elektronike, nato pa se razstavijo na sestavne dele. Ko so kovine ločene, se očistijo in pošljejo nazaj v proizvodne linije za nove baterijske pakete, kar pomaga graditi t. i. sistem krožnega gospodarstva. Poleg varčevanja z surovinami preprečuje ustrezna reciklaža tudi izgorevanje nevarnih kemikalij na odlagališčih odpadkov, kjer bi lahko izgorele v podtalnico ali onesnažile lokalne ekosisteme s časom.
Trajnostna pridobivanje litija ima velik pomen pri zmanjševanju okoljske škode. Postopek pridobivanja litija, ki napaja mnogo sodobnih baterij, pogosto vodi v resne ekološke težave. Govorimo o uničenih habitatah in izpraznjenih vodnih virih v območjih, kjer poteka rudarjenje. A obstaja nekaj dobre novice na obzorju. Podjetja začenjajo eksperimentirati s čistejšimi metodami pridobivanja litija iz zemlje. Nekatera preučujejo tehnike pridobivanja iz solate, druga pa se osredotočajo na izboljšave tradicionalnih rudarskih pristopov. Te nove metode poskušajo zmanjšati škodo na naravi in hkrati bolje izkoristiti vire. Izziv ostaja najti načine za zadovoljevanje naraščajoče povpraševanje po litiju, ne da bi s tem porušili lokalna okolja. In ko se baterijska tehnologija napreduje naprej, bodo nadaljnji izboljšave v rudarjenju in programih recikliranja ostale ključne, če želimo litijevih baterij uporabljati trajnostno.
Varnost ostaja ena glavnih skrbi pri delu s litijevimi baterijami v sistemih obnovljivih virov energije. Preprečevanje pregrevanja in nevarnih termalnih reakcij postane še pomembneje v večjih sistemih, kjer se lahko težave hitro razširijo. Industrija je sprejela več pristopov za ohranjanje kontrole. Hlajenje je treba pravilno namestiti, medtem ko napredni sistemi upravljanja baterij (BMS) pomagajo preprečiti morebitne termalne okvare že v začetku. Pomembna praksa je tudi, da je vsaka celica električno ločena od drugih, poleg tega pa je treba tesno spremljati temperature med delovanjem in v procesih polnjenja. Raziskave kažejo, da približno vsaka peta okvara baterije izhaja iz neustrezne termalne uprave, kar razlaga, zakaj mnoge podjetja vlagajo znatna sredstva v te vrste zaščitnih ukrepov za svoje sisteme za shranjevanje energije.
Pravilna uporaba litijevih baterij se začne z uveljavitvijo ustrezne ravnanja z njimi. Večina proizvajalcev poudarja pomembnost uporabe certificiranih polnilecev in sledenja njihovim specifikacijam napetosti, da bi se izognili nevarnim situacijam. Pomembno je tudi shranjevanje – varnostne skupine pogosto opozarjajo, da je najbolje, da jih hranimo na hladnem in suhem mestu, stran od vročih točk ali mest, kjer bi lahko baterije neposredno izpostavljene soncu. Podjetja bi morala vložiti čas v usposabljanje zaposlenih, kako pravilno ravnati z energijskimi viri. Redni pregledi in vzdrževalni programi veliko prispevajo k zmanjšanju morebitnih nevarnosti. Za naprave na obnovljivo energijo, ki močno temeljijo na litijevi tehnologiji, je pravilno izvajanje teh osnovnih korakov več kot le dobra praksa – praktično je nujno, če želimo, da naše rešitve za zeleno energijo trajajo.
Prihodnost tehnologije litijevih baterij izgleda svetlo, saj raziskovalci delajo na boljših in vzdržljivejših rešitvah za shranjevanje energije. Glavna področja, na katerih znanstveniki dosegajo napredek, vključujejo povečanje količine energije, ki jo lahko te baterije shranijo, pospeševanje procesa polnjenja in podaljšanje njihove življenjske dobe. S temi izboljšavami vidimo baterije, ki imajo večjo zmogljivost, hkrati pa zahtevajo manj časa za ponovno polnjenje in daljše časovne intervale med zamenjavami – kar je zelo pomembno za uporabo v električnih vozilih in shranjevanju elektrike, pridobljene iz sončne ali vetrne energije. Nekateri nedavni preboji so očitno povečali zmogljivost shranjevanja energije za okoli 15 odstotkov in hkrati zmanjšali dolge čase čakanja med polnjenjem. Takšne izboljšave pomagajo zmanjšati stroške v številnih sektorjih, od prometa do proizvodnje, saj podjetja iščejo načine za zmanjšanje ogljikovega odtisa brez izgube zmogljivosti.
Trdne litijeve baterije izgledajo zares obetavno za prihodnost, saj shranjujejo več energije na manjšem prostoru in so hkrati varnejše kot sedanje baterije. Namesto gorljivih tekočih elektrolitov te nove baterije uporabljajo trdne, kar pomeni, da ne puščajo ali gore, ko pride do okvare. Kar naredi to tehnologijo še posebej zanimivo, je dejstvo, da poleg večje varnosti omogoča tudi gostejše shranjevanje energije. Zato avtomobilske in elektronske podjetja prepoznajo pomembnost tega razvoja. Raziskovalno področje se hitro razvija in čez nekaj let bi trdne baterije lahko bile na voljo v naših žepih in pod našimi avtomobili po cenah, ki jih lahko ljudje privoščijo. Govorimo o nečem, kar bi lahko spremenilo način napajanja vsega, od pametnih telefonov do električnih tovornjakov, pri čemer bi ponudila boljše zmogljivosti brez vseh nevarnosti, povezanih z današnjo baterijsko tehnologijo.
