Свинцево-кислотні акумулятори колись були поширеними в енергетичному зберіганні, але сьогодні вони суттєво поступаються в кількох аспектах. По-перше, вони занадто важкі й громіздкі для більшості переносних пристроїв, тому ніхто не хоче їх мати в речах, які люди носитимуть із собою. Термін служби — ще одна проблемна область. Такі старі акумулятори витримують приблизно 500–800 циклів зарядки, перш ніж їх потрібно замінювати, тоді як літієві аналоги легко досягають 3000 циклів. Що стосується потужності на кілограм, свинцево-кислотні акумулятори забезпечують приблизно 30 Вт·год/кг порівняно з вражаючими 200 Вт·год/кг у літієвих версій. Це суттєво впливає на реальну продуктивність. І не варто забувати про навколишнє середовище. Свинець — це отруйна речовина, а переробка цих акумуляторів створює великі проблеми для всіх, хто залучений до процесу. Екологічний слід у цьому випадку занадто великий, щоб його ігнорувати.
Літій став явним королем світу зберігання енергії завдяки своїй вражаючій густині енергії. Ми бачимо це скрізь — від наших кишенькових телефонів, які працюють кілька днів від одного заряду, до великих електромобілів, що з’їжджають із конвеєрів. Технологія акумуляторів типу lithium-ion також постійно вдосконалюється. Час зарядки значно скоротився, а також ці акумулятори можуть витримати значно більше циклів зарядки перед тим, як зносяться. Це означає, що пристрої служать довше і коштують менше з часом. Що робить літій таким чудовим? Ну, він надзвичайно легкий, що має велике значення під час створення речей, як переносні сонячні генератори, які так полюбилися тим, хто займається кемпінгом. Але є й інша сторона цієї історії. Екологічні групи піднімають червоні прапорці щодо джерел видобутку літію. Проте деякі останні дослідження вказують на більш чисті способи отримання літію, що викликає дискусії щодо справжньої екологічності наших засобів зберігання енергії. Галузь усвідомлює, що цю проблему потрібно вирішити, якщо вони хочуть, щоб споживачі й надалі обирали їхні продукти.
1970-ті роки відзначилися кількома досить важливими досягненнями в технології літієвих акумуляторів, що стало можливим завдяки зусиллям таких учених, як Джон Б. Гуденаф і Рашід Язамі, які почали досліджувати можливості використання літію в електродах. Відкриття, зроблені тими дослідниками того часу, фактично стали основою для багатьох сучасних конструкцій акумуляторів. Стенлі Віттінгем запропонував свою ідею щодо інтеркаляційних сполук літію, що викликала великий інтерес у співтоваристві електромобілістів того часу. Звісно, акумулятори, виготовлені тоді, не відрізнялися високою ефективністю порівняно з сучасними, але вони стали справжнім поворотним моментом. Сучасні акумулятори безперечно базуються на досягненнях тих піонерів. Концепції, розроблені ще тоді, з часом значно змінилися, і це чітко видно сьогодні, коли щільність енергії та загальний термін служби акумуляторів значно покращились порівняно з їхніми попередниками.
1980-ті роки стали переломним моментом для технології літієвих акумуляторів, коли Джон Б. Гуденаф з'ясував, що оксид кобальту чудово підходить як катодний матеріал. Його відкриття суттєво підвищило ємність цих акумуляторів, що зробило їх достатньо ефективними для використання в таких пристроях, як телефони та ноутбуки. До цього більшість людей навіть не знала, що таке акумулятор на основі іонів літію. Те, чого досяг Гуденаф, встановило новий стандарт ефективності акумуляторів, що дозволило виробникам створювати менші пристрої, не жертвуючи потужністю. Навіть сьогодні поєднання кобальту з літієм залишається ключовим у створенні кращих акумуляторів. Це помітно в усьому — від наших смартфонів до великих портативних електростанцій, які забезпечують енергією під час вихідних у походи або в разі відключення електромережі.
Коли Sony вперше вийшла на ринок з літій-іонними акумуляторами у 1991 році, це суттєво змінило уявлення споживачів про автономне електроживлення. Спочатку ці акумулятори створювалися для малих пристроїв, що призвело до значних зрушень у різних галузях персональної електроніки — від мобільних телефонів і ноутбуків до будь-чого, що потребувало тривалого робочого циклу без значних розмірів. Цікавість цього досягнення полягає в тому, що воно змінило як наше повсякдення, так і структуру цілих галузей. Це сприяло перетворенню наукових досліджень на реальні товари, які люди могли купити в магазинах. Якщо подивитися на сучасний стан речей, то сьогодні існують величезні ринки, побудовані навколо цих технологій, і компанії інвестують мільярди в розробку ще кращих версій. І це не обмежується лише побутовими пристроями — ця інновація заклала основу для нових застосувань, таких як ефективне зберігання сонячної енергії, що набуває все більшого значення в умовах переходу до більш екологічних альтернатив.
У підсумку, шлях від початкових концепцій літію до комерційної реалізації встановив життєздатний шлях для майбутнього технологій зберігання енергії. Навчаючись на цих ключових віршальних подіях, ми продовжуємо бачити значні досягнення у створенні безпечніших, ефективніших та стійких батарей.
Новітні досягнення в галузі літієвих акумуляторів тепер включають наноструктуровані електроди, які суттєво змінюють правила гри щодо ємності акумуляторів. Ці мікроскопічні структури створюють значно більшу площу поверхні для хімічних реакцій, що дозволяє акумуляторам зберігати набагато більше енергії загалом. У результаті ми бачимо нове покоління акумуляторів, які мають приблизно на 30% більшу потужність, ніж раніше, а також набагато швидше заряджаються — що має велике значення для користувачів пересувних електростанцій під час вихідних у природу або надзвичайних ситуацій. Ще однією важливою перевагою є те, що нанотехнології дійсно збільшують термін служби цих акумуляторів. Виробники раніше стурбовувалися про швидке старіння акумуляторів після багаторазових циклів зарядки, але ця проблема, схоже, вирішується завдяки цим мікроскопічним поліпшенням у конструкції електродів.
Контроль температури став важливим для безпечного та стабільного функціонування літієвих акумуляторів. Сучасні досягнення в галузі теплової техніки в основному спрямовані на зменшення ризиків, пов'язаних з перегріванням та можливими вибухами у разі надмірного нагрівання. Нові системи охолодження добре працюють як у електромобілях, так і в великих установах зберігання енергії, запобігаючи так званому тепловому вибуху, коли акумулятори починають неконтрольовано нагріватися. Коли підприємства встановлюють такі системи теплового менеджменту, користувачі акумуляторів починають більше їм довіряти, що сприяє їхньому поширенню в різних галузях. У результаті ми бачимо, як літієві акумулятори відіграють все більш важливу роль у всьому – від зберігання енергії в електромережах до резервного живлення сонячними батареями, що демонструє їхню важливість для подальшого розвитку технологій.
Літієві акумулятори стали справді важливими компонентами сучасних систем зберігання сонячної енергії, допомагаючи краще використовувати поновлювані джерела енергії. Системи зберігання сонячної енергії, по суті, працюють шляхом накопичення енергії сонячного світла, щоб власники житла могли отримувати електроенергію навіть тоді, коли сонце світить не так яскраво. Що робить літієві акумулятори особливими? Вони витримують багато циклів зарядки й ефективно працюють, саме тому їх можна побачити як у приватних сонячних панелях, так і в великих промислових установках. Аналіз останніх тенденцій показує, що все більше людей переходять на засновані на літії рішення для зберігання. Прогнози щодо галузі передбачають, що цей сектор забезпечить масивні доходи, які досягнуть мільярдів доларів до середини наступного десятиліття. Усі ці цифри вказують на одну очевидну річ — літієва технологія, схоже, визначить майбутнє зберігання енергії.
Компактні розміри літієвих акумуляторів змінюють те, що люди можуть робити без електромережі, особливо коли вирушають у похід або потребують резервного живлення в надзвичайних ситуаціях. Сучасні переносні електростанції включають інтелектуальні системи, які забезпечують тривалу та ефективну роботу акумуляторів. Усе більше людей хочуть легких і ефективних варіантів, тому бізнес переносних електростанцій швидко росте. Дослідження ринку показують, що це не просто тимчасова мода. Ці пристрої, схоже, готові завоювати значну частину ринку автономного електроживлення. Вони дійсно стали незамінними інструментами, чи то комусь потрібен струм для вихідних за містом, чи для непередбачених ситуацій вдома.
Акумулятори з твердим електролітом можуть суттєво змінити технології, пов’язані з літієм, адже мають суттєві переваги, як-от підвищена безпека та значно більша енергетична щільність. Головна відмінність від звичайних акумуляторів полягає в матеріалі електроліту. Замість використання легкозаймистих рідин ці нові акумулятори мають твердий електроліт, що значно зменшує ризик виникнення пожежі — чого виробники акумуляторів прагнули протягом багатьох років. Більшість експертів вважає, що такі акумулятори з’являться в продажу приблизно у 2030 році, а можливо, навіть раніше, якщо розробки підуть успішно. Великі компанії вже інвестують серйозні кошти в розвиток цієї технології, а лабораторії по всьому світу змагаються, щоби знайти оптимальні методи масового виробництва.
Майбутнє технології літієвих акумуляторів значною мірою залежить від удосконалених методів переробки, які працюватимуть у рамках циклової економіки. Коли мова йде про скорочення відходів та вилучення цінних металів зі старих акумуляторів, саме такого роду інновації мають важливе значення для збереження екологічної чистоти. Деякі сучасні підходи вже дозволяють переробникам отримувати приблизно 95% таких матеріалів, як літій і кобальт, із використаних елементів живлення. Такий рівень вилучення є цілком вражаючим порівняно з тим, що було можливо кілька років тому. Оскільки уряди посилюють правила щодо вуглецевого сліду та електронних відходів, багато виробників інвестують кошти в переробні системи нового покоління. Ці інвестиції допомагають компаніям виконувати регуляторні вимоги, а також приймати більш обґрунтовані рішення щодо використання сировини на довготривалу перспективу.