Blybatterier var tidigare överallt inom energilagring, men de uppfyller inte längre de krav som ställs inom flera områden. För det första är de helt enkelt för tunga och otympliga för de flesta bärbara enheter, så ingen vill ha dem i saker som människor ska bära på längre. Livslängden är också ett problemområde. Dessa gamla batterityper håller kanske 500 till 800 laddningscykler innan de måste bytas ut, medan litiumbatterier lätt når över 3000 cykler. När det gäller energi per kilogram levererar blybatterier endast cirka 30 Wh/kg jämfört med litiums imponerande nivå på 200 Wh/kg. Detta gör en stor skillnad när det gäller prestanda i praktiken. Och låt oss inte heller glömma bort miljön. Bly är ett giftigt ämne och återvinning av dessa batterier skapar stora problem för alla som är inblandade i processen. Den ekologiska fotavtrycket är här helt enkelt för stor för att ignoreras.
Litium har tydligt blivit kung i världen av energilagring tack vare sin imponerande energitäthet. Vi ser detta överallt idag, från våra fickstorleks mobiltelefoner som håller i dagar på en enda laddning till de stora elbilarna som rullar från monteringslinjerna. Tekniken bakom litiumjonbatterier blir dessutom hela tiden bättre. Laddningstider har minskat markant medan dessa batterier klarar hundratals fler cykler innan de slits ut. Det innebär att elektronik håller längre och kostar mindre på lång sikt. Vad som gör litium så bra är att det är extremt lätt i vikt, vilket spelar stor roll när man konstruerar saker som de portabla solgeneratorerna som många tycker om att använda när de campar. Men det finns en annan sida av historien. Miljögrupper lyfter upp röda varningsflagg kring varifrån allt detta litium kommer. Vissa nyliga studier pekar dock mot renare sätt att skaffa litium, vilket har satt igång debatter om hur grön vår energilagring egentligen är. Branschen vet att de måste åtgärda detta om de vill att konsumenter ska fortsätta investera i deras produkter.
1970-talet präglades av några ganska viktiga utvecklingar inom litiumpolsteknik, till stor del tack vare personer som John B. Goodenough och Rachid Yazami som började experimentera med hur litium kunde användas i elektroder. Det som dessa forskare upptäckte på den tiden lade faktiskt grunden för många av våra nuvarande batteridesign. Stanley Whittingham kom med sin idé om litiuminterkalationsföreningar, något som verkligen väckte uppmärksamhet inom EV-samhället på den tiden. Visst, batterierna som tillverkades under dessa år inte särskilt effektiva jämfört med vad vi har idag, men de representerade ändå en verklig vändpunkt. Moderna batterier står definitivt på storheters axlar från denna period. De koncept som utvecklades för länge sedan har förändrats ganska mycket med tiden, och detta kan vi tydligt se i dagens batterier där både energitäthet och total livslängd har förbättrats markant jämfört med sina föregångare.
Åren 1980-talet innebar en vändpunkt för litiumbatteritekniken när John B. Goodenough kom fram till att koboltoxid fungerade utmärkt som katodmaterial. Hans upptäckt förbättrade verkligen hur mycket energi dessa batterier kunde lagra, vilket gjorde dem tillräckligt praktiska för saker som telefoner och bärbara datorer. Innan detta visste de flesta inte ens vad en litiumjonbatteri var. Det som Goodenough åstadkom satte en helt ny standard för hur bra batterier kan presteras, vilket tillät tillverkare att skapa mindre apparater utan att offra effekt. Än idag är kombinationen av kobolt och litium central för att skapa bättre batterier. Vi ser detta i allt från våra smartphones till de stora portabla powerbankarna som håller oss igång under utomhusäventyr eller strömavbrott.
När Sony introducerade litiumjonbatterier på marknaden 1991 förändrade det verkligen hur konsumenterna tänkte kring portabel energi. Dessa batterier var från början designade för små elektronikprylar, vilket ledde till stora förändringar inom alla slags personlig teknikutrustning – tänk mobiltelefoner, bärbara datorer, i grunden allt som behövde längre batteritid utan att vara stora och klumpiga. Det som gör denna utveckling så intressant är hur den förändrade både våra vardagsliv och hela industrier samtidigt. Övergången hjälpte till att koppla samman gapet mellan vetenskapliga experiment och faktiska produkter som människor kunde köpa i butiker. Om vi ser saker i dagens läge ser vi massiva marknader som är byggda kring dessa teknologier, med företag som investerar miljarder i att utveckla bättre versioner. Och bortom bara elektronikprylar lade denna innovation grunden för nya användningsområden, såsom att effektivt lagra solenergi, något som fortsätter att öka i betydelse när vi siktar mot grönare alternativ.
Sammanfattningsvis har resan från de ursprungliga lithiumkoncepten till kommersiell genomförbarhet satt en livlig väg för framtiden för energilagrings teknologi. Genom att lära sig av dessa nyckelmilstolpar fortsätter vi att vittna om betydande framsteg i skapandet av säkrare, mer effektiva och hållbara batterier.
De senaste framstegen inom litiumbatteriteknik inkluderar nu nanostrukturerade elektroder, och de förändrar verkligen spelet när det gäller batterikapacitet. Dessa mikroskopiska strukturer skapar mycket större ytarea där kemiska reaktioner sker, så att batterierna kan lagra betydligt mer energi totalt. Det vi har sett som ett resultat är ny generation batterier som kan innehålla cirka 30 % mer effekt än tidigare, och som dessutom laddar mycket snabbare – något som gör stor skillnad för personer som använder portabla elstationer under utomhusresor eller i nödsituationer. En annan stor fördel är att nanoteknologi faktiskt gör dessa batterier hållbarare. Tidigare var tillverkare oroliga för att batterier skulle försämras snabbt efter upprepade laddningscykler, men detta problem verkar nu lösas tack vare dessa mikroskopiska förbättringar i elektroddesign.
Att hantera värme har blivit avgörande för att säkerställa att litiumbatterier fungerar säkert och problemfritt. Nya framsteg inom värmeteknik syftar främst till att minska riskerna med överhettning och eldsvådor som kan uppstå när det blir för varmt. Moderna kylningstekniker fungerar väl i elbilar samt stora energilagringsenheter, och förhindrar det som kallas termiskt olydigt beteende, vilket i grunden innebär att batterierna börjar värmas okontrollerat. När företag installerar dessa värmebehandlingssystem tenderar användare av batterier att lita mer på dem, vilket hjälper till att främja användningen över hela linjen. Som ett resultat ser vi att litiumbatterier tar större plats i allt från nätverkslagring till solenergi-säkerhetskopiering, vilket visar varför de är så viktiga för vart tekniken är på väg härnäst.
Lithiumbatterier har blivit verkligen viktiga komponenter i dagens solenergilagringssystem, vilket bidrar till bättre utnyttjande av förnybara energikällor. Solenergilagringssystem fungerar i grunden genom att lagra solljusenergi så att hushåll kan få tillgång till el även när solen inte skiner lika starkt. Vad som gör lithiumbatterier speciella? De håller i många laddningscykler och arbetar effektivt, vilket är anledningen till att de dyker upp överallt, från solpaneler i trädgården till stora industriella installationer. Om man tittar på senaste trenderna visar det sig att allt fler byter till lagringslösningar baserade på litium. Branschprognoser säger att den här sektorn kommer att generera massiva intäkter som når miljardnivåer vid mitten av nästa årtionde. Alla dessa siffror pekar på en sak som är tydlig - litiumtekniken verkar redo att dominera hur vi lagrar energi framöver.
Litiumbatteriernas lilla storlek förändrar vad människor kan göra utan elnätet, särskilt när man åker på camping eller behöver reservkraft under nödsituationer. De bärbara kraftstationer som finns tillgängliga idag inkluderar smarta system som gör att batterierna fungerar väl längre samtidigt som de behåller god prestanda. Flertal människor önskar lättviktsoptioner som fungerar effektivt, vilket gör att vi ser en snabb tillväxt inom branschen för bärbara kraftstationer. Marknadsundersökningar visar att detta inte bara är en tillfällig trend. Dessa enheter verkar vara redo att ta över en stor del av marknaden för lösningar utan elnät. De har verkligen blivit oumbärliga verktyg, oavsett om någon behöver el under helgar eller oförutsedda situationer hemma.
Fastelektrolytbatterier kan förändra allt när det gäller litiumteknik eftersom de har några stora fördelar, såsom bättre säkerhet och mycket högre energitäthet. Den största skillnaden jämfört med vanliga batterier ligger i elektrolytmaterialen. Istället för att använda brandfarliga vätskor har dessa nya batterier fasta elektrolyter, vilket gör att eldsvådor blir mycket mindre troliga – något som alla som arbetar med batterier har önskat sig i åratal. De flesta experter tror att vi kommer att se dessa batterier i butiksskåpen någon gång kring 2030, kanske tidigare om allt går bra. Stora företag investerar redan seriöst i utvecklingen av denna teknik, och laboratorier världen över konkurrerar om att lösa koderna för massproduktionstekniker.
Framtidens litiumbatteriteknik beror i hög grad på bättre återvinningsmetoder som fungerar inom en cirkulär ekonomimodell. När vi talar om att minska avfall samtidigt som man återvinner värdefulla metaller från gamla batterier, så spelar denna typ av innovation stor roll för att behålla en grön process. Vissa nya tillvägagångssätt gör det nu möjligt för återvinnare att hämta ut cirka 95 % av ämnen som litium och kobolt från använda celler. En sådan återvinningsgrad är ganska imponerande jämfört med vad som var möjligt för bara några år sedan. Med regeringar som skärper reglerna kring klimatavtryck och elektronikavfall, investerar många tillverkare stort i nästa generations återvinningsystem. Dessa investeringar hjälper företag att uppfylla regler krav samtidigt som de gör klokare val kring hanteringen av råvaror på lång sikt.
