Kisline baterije so bile nekoč povsod v shranjevanju energije, vendar v današnjih časih resnično odstopajo na več načinov. Prvič, preprosto so pred težke in prostorne za večino prenosnih naprav, zato jih nihče ne želi več v stvari, ki jih ljudje nosijo s seboj. Življenjska doba je še en problematičen vidik. Te starejše baterije zdržijo morda 500 do 800 polnilnih ciklov, preden jih je treba zamenjati, medtem ko litijeve različice preprosto preživijo več kot 3000 ciklov. Ko govorimo o moči na kilogram, kisline zmogljivo le približno 30 Wh/kg v primerjavi z litijevimi impresivnimi 200 Wh/kg. To naredi vso razliko, ko govorimo o resničnih zmogljivostih. In ne smemo pozabiti niti na okolje. Svinec je strupena snov, recikliranje teh baterij pa povzroča velike težave vsem, ki so vključeni v proces. Okoljski odtis je preprosto prevelik, da bi ga ignorirali.
Litij je zaradi svoje izjemne energijske gostote nedvomno postal kralj na področju shranjevanja energije. To vidimo povsod – od naših žepnih telefonov, ki delujejo dni na en sam naboj, do velikih električnih avtomobilov, ki zapuščajo proizvodne linije. Tudi tehnologija litijevih baterij se izboljšuje. Časi polnjenja so se močno skrajšali, hkrati pa te baterije zmorejo stotine več ciklov, preden se izrabijo. To pomeni, da naprave trajajo dlje in so v skupnem računu cene nižje. Kaj pa delo litij tako posebnega? No, zelo je lahki, kar je seveda pomembno pri načrtovanju stvari, kot so prenosni sondni generatorji, ki so priljubljeni med kampirniki. Vendar obstaja tudi druga stran medalje. Okoljske skupine dvigajo rdeče zastave glede tega, odkod prihaja vseh ta litij. Nekatere nedavne študije pa kažejo na čistejše načine pridobivanja litija, kar je sprožilo debate o tem, kako 'zelena' je v resnici naša tehnologija shranjevanja energije. Industrija ve, da mora to rešiti, če želi, da bodo potrošniki še naprej kupovali njihove izdelke.
Sedemdesete leta so bile značilne za nekatere pomembne razvojne korake na področju litijevih baterij, kar je predvsem posledica raziskav Johna B. Goodenougha in Rachida Yazamija, ki so raziskovali uporabo litija v elektrodah. Odkritja teh raziskovalcev so postavila temelje za mnoge sodobne konstrukcije baterij. Stanley Whittingham je predstavil svojo idejo o litijevih interkalacijskih spojinah, kar je v tistem času zelo zanimalo električno vozniško skupnost. Seveda niso bile baterije iz tistega časa tako učinkovite kot današnje, vendar so predstavljale resničen zasuk. Današnje baterije so zato resnično postavljene na ramena teh velikih odkriteljev. Osnovni koncepti, ki so bili razviti že takrat, so se sčasoma močno spremenili, kar se jasno vidi v sodobnih baterijah, kjer so gostota energije in življenjska doba primerljivo boljši v primerjavi s prejšnjimi generacijami.
80. leta 20. stoletja so predstavljala prelomnico za tehnologijo litijevih baterij, ko je John B. Goodenough ugotovil, da kobaltova oksida delujejo odlično kot katodni material. Njegovo odkritje je resnično povečalo količino energije, ki so jo lahko te baterije shranjevale, kar je naredilo te baterije uporabne za naprave, kot so telefoni in prenosniki. Pred tem večina ljudi sploh ni poznala litijevih baterij. Tisto, kar je dosegel Goodenough, je postavilo popolnoma nov standard glede učinkovitosti baterij, kar je proizvajalcem omogočilo, da so izdelovali manjše naprave, ne da bi pri tem žrtvovali moč. Tudi danes ostaja kombinacija kobalta in litija ključna za izdelavo boljših baterij. To vidimo v vseh napravah, od naših pametnih telefonov do velikih prenosnih naprav za shranjevanje električne energije, ki nas oskrbujeta z elektriko med zunanjimi aktivnostmi ali izpadi električne energije.
Ko je Sony leta 1991 predstavil baterije z litijevimi ioni, se je resnično spremenilo, kako potrošniki razmišljajo o prenosni električni energiji. Te baterije so bile na začetku zasnovane za majhne naprave, kar je povzročilo pomembne spremembe v vseh vrstah osebne elektronike – mislite na mobilne telefone, prenosnike, vse, kar za daljše delovanje ne potrebuje ogromnih baterij. Zanimivo pa je, da je ta razvoj hkrati spremenil tako naše vsakodnevno življenje kot tudi celotne industrije. Ta premik je pomagal premostiti vrzel med znanstvenimi eksperimenti in dejanskimi izdelki, ki so bili na voljo v trgovinah. Če pogledamo današnje razmere, vidimo ogromne trge, ki temeljijo na teh tehnologijah, pri čemer podjetja vlagajo milijarde v razvoj boljših verzij. In ne samo v svetu elektronskih naprav – ta inovacija je pripravila tudi podlago za novejše uporabe, kot je učinkovito shranjevanje sončne energije, kar postaja vedno pomembneje, ko se poslužujemo zelenih alternativ.
V sklopu, pot od prvotnih konceptov litija do tržne uporabnosti je postavila živahno pot za prihodnost tehnologije hranjenja energije. S poučevanjem iz teh ključnih miljem povečujemo še vedno značilne napredke pri ustvarjanju varnejših, učinkovitejših in trajnejših baterij.
Najnovejši razvoji na področju litijeve akumulatorske tehnologije zdaj vključujejo nanostrukturirane elektrode, ki resnično spreminjajo igro, kar zadeva zmogljivost akumulatorjev. Te miniaturne strukture ustvarjajo veliko večjo površino za kemijske reakcije, zato lahko akumulatorji shranijo veliko več energije. Rezultat tega so akumulatorji nove generacije, ki imajo približno 30 % večjo zmogljivost kot prej, poleg tega pa se tudi veliko hitreje polnijo – lastnost, ki je zelo pomembna za uporabnike prenosnih elektrarn, še posebej ob izletih ali v sili. Še ena pomembna prednost je, da nanotehnologija dejansko podaljšuje življenjsko dobo teh akumulatorjev. Proizvajalci so se prej skrbeli zaradi hitrega poslabšanja akumulatorjev po ponavljajočem se polnjenju, vendar se zdi, da je ta problem zdaj rešen z mikroskopskimi izboljšavami v načrtovanju elektrod.
Upravljanje s toploto je postalo ključno za varno delovanje litijevih baterij brez težav. Najnovejši razvoji na področju toplotne tehnologije so v glavnem usmerjeni v zmanjšanje nevarnosti zaradi presegretja in požarov, ki lahko nastanejo, če se stvari predro zgrejejo. Nove metode hlajenja delujejo učinkovito tako v električnih avtomobilih kot tudi v večjih sistemih za shranjevanje energije in preprečujejo tako imenovano termalno udiranje, kar je v osnovi trenutek, ko baterije začnejo nekontrolirano segrevati. Ko podjetja namestijo te sisteme za upravljanje s toploto, uporabniki baterij teh sistemov bolj zaupajo, kar spodbuja njihovo uporabo v različnih sektorjih. Posledično litijeve baterije vse bolj prevzemajo pomembnejše vloge v vseh sistemih, od shranjevanja električne energije do rezervnega napajanja s sončno energijo, kar pokaže, zakaj so tako pomembne za nadaljnji razvoj tehnologije.
Litijevi akumulatorji so postali zelo pomembni komponente v sodobnih sistemih za shranjevanje sončne energije, kar pomaga boljše izkoriščati obnovljive vire energije. Sistemi za shranjevanje sončne energije delujejo tako, da shranjujejo energijo sončne svetlobe, da lahko lastniki domov še vedno uporabljajo električno energijo, ko sonce ne sije dovolj močno. Kaj pa posebej izpostavlja litijeve akumulatorje? Zmogljivi so pri številnih ciklih polnjenja in delujejo učinkovito, zato se vedno pogosteje pojavljajo tako v sončnih panelih na dvoriščih kot v velikih industrijskih napravah. Če pogledamo najnovejše trende, vidimo, da vse več ljudi prehaja na shranjevanje na osnovi litija. Napovedi sektorja predvidevajo, da bo ta panoga do sredine naslednjega desetletja ustvarila ogromne prihodke, ki bodo dosegli milijarde. Vsi ti podatki kažejo na eno jasno stvar – litijeva tehnologija se v prihodnje uveljavljena kot vodilna tehnologija za shranjevanje energije.
Majhne velikosti litijevih baterij spremenjajo, kaj lahko ljudje počnejo brez omrežne električne energije, zlasti ko se peljejo na kampiranje ali pa potrebujejo rezervno energijo v izrednih situacijah. Prenosne elektrarne, ki so trenutno na voljo, vključujejo pametne sisteme, ki ohranjajo dolgo življenjsko dobo baterij in hkrati zagotavljajo dobro zmogljivost. Vse več ljudi želi lahkotne rešitve, ki delujejo učinkovito, zato se industrija prenosnih elektrarn hitro razvija. Raziskave trga kažejo, da to ni zgolj prehodna moda. Te naprave se zdi, da so pripravljene prevzeti pomemben del trga z energijo zunaj omrežja. Postale so res pomembno orodje, ne glede na to, ali nekdo potrebuje električno energijo za izlete v vikendu ali pa za nenadno uporabo doma.
Trdne baterije bi lahko spremenile vse v zvezi s tehnologijo litija, saj ponujajo kar nekaj pomembnih prednosti, kot so boljša varnost in precej višja gostota energije. Glavna razlika od navadnih baterij je v materialu elektrolita. Namesto uporabe vnetljivih tekočin imajo te nove baterije trdne elektrolite, ki naredijo požare veliko manj verjetne – nekaj, po čemer si že dolgo vsi, ki delajo z baterijami, želijo. Večina strokovnjakov meni, da jih bomo videli v trgovinah okoli leta 2030, morda celo prej, če bo vse potekalo dobro. Velike podjetja vlagajo že zdaj resna sredstva v razvoj te tehnologije, raziskovalne laboratorije pa po vsem svetu tekmujejo, da bi razvoj serijne proizvodnje pospešile.
Prihodnost tehnologije litijevih baterij je močno odvisna od boljših metod recikliranja, ki delujejo v okviru krožnega gospodarstva. Ko govorimo o zmanjšanju odpadkov in pridobivanju dragocenih kovin iz starih baterij, ta vrsta inovacij resnično pomeni ohranjanje okolja. Nekatere nove pristope omogočajo reciklerjem, da zdaj pridobijo okoli 95 % litija in kobalta iz uporabljenih celic. Ta stopnja pridobivanja je precej impresivna v primerjavi z možnostmi pred nekaj leti. Ob tem, ko vlade okrepijo pravila glede ogljičnega odtisa in elektronskega odpadka, mnogi proizvajalci vlagajo denar v naslednjo generacijo reciklirnih sistemov. Ta vlaganja pomagajo podjetjem izpolniti regulativne zahteve in počasi spreminjati način upravljanja surovin.
