A lítium alapú akkumulátorok évtizedek óta szerves részét képezik életünknek, és különféle elektronikai eszközökhöz szükségesek. De miért lettek olyan népszerűek a lítium alapú akkumulátorok, és vannak-e jobb alternatívák? Mi helyettesítheti egy napon a lítium alapú akkumulátorokat?
Mik azok a lítium alapú akkumulátorok?
A lítium alapú akkumulátorok (lítium-ion akkumulátorok) ma a leggyakoribb akkumulátortípusok. A lítium alapú akkumulátorok ötletét először 1976-ban Michael Stanley Whittingham, brit vegyész vetette fel. A lítium alapú akkumulátorok először néhány évvel később, 1991-ben váltak széles körben kereskedelmi forgalomba, amikor tömeggyártásba kerültek.
A lítium alapú akkumulátor sokféle formában létezhet, a legfigyelemreméltóbb változatok közé tartozik a lítium vas-foszfát, lítium-kobalt-oxid, lítium-mangán-oxid és lítium-nikkel-mangán-kobalt oxid. Ezek az akkumulátorok kis teljesítménycellákat tartalmaznak, amelyek mindegyike egy pozitív elektródából (katódból), egy negatív elektródából (anódból) és egy elektrolitból áll.
A cellán belül a lítium-ionok a pozitív és negatív elektródák között mozognak, az elektrolit pedig mozgásvektorként működik. A lítium-ionok (Li+) pozitív töltésűek, ezért vonzódnak a negatív elektródához. A két elektróda szintén kulcselemekből áll. Egy tipikus lítium-kobalt-oxid akkumulátor esetében a katód lítium-kobalt-oxidból, míg az anód általában egy szénalapú vegyületből, grafitból készül.
A katód leadja pozitív lítium-ionjainak egy részét, amelyek az elektroliton keresztül az anódhoz jutnak, és energiát szabadítanak fel, amelyet az akkumulátor a teljesítményéhez használ fel. Erre a gyors és egyszerű folyamatra ma már emberek milliárdjai támaszkodnak szerte a világon, hogy feltöltsék eszközeiket.
A lítium-ion akkumulátorok számos márkája egyszer használatos. Bár hetekig, hónapokig vagy akár évekig is képesek táplálni egy készüléket, ártalmatlanítani kell, és ki kell cserélni, ha az akkumulátor lemerült. Azonban, újratölthető lítium alapú akkumulátorok ma már nagyon népszerűek, mivel pénzt takaríthatnak meg a felhasználók számára és kevesebb hulladékot termelnek.
De miért pont a lítium alapú akkumulátorok a legjobb választás? Mi teszi őket ilyen vonzó lehetőséggé a gyártók és a fogyasztók számára?
Miért használunk lítium alapú akkumulátorokat?
Elsősorban lítium alapú akkumulátorokat használunk, mivel ezek más akkumulátortípusokhoz képest hosszú élettartamúak. A gyártók olyan akkumulátorokat szeretnének gyártani és értékesíteni, amelyek néhány napig leadják az energiát, miközben könnyűek és kompaktak maradnak. Továbbá szerint a Tiszta Energia Intézet, A lítium-ion akkumulátorok önkisülése nagyon alacsony, körülbelül havi 1-2%, ami azt jelenti, hogy minden használatkor alacsonyabb százalékot veszítenek teljes teljesítményükből.
A lítium-ion akkumulátorok egyszerű kémiai eljárással képesek energiát termelni, így nagyon vonzó lehetőség a gyártók számára. Ráadásul a lítium-ion akkumulátorok energiasűrűsége miatt a legelőnyösebb opcióvá válnak. Egy szabványos lítium-ion akkumulátor kapacitása 260-270 Wh/kg (wattóra per kilogramm), míg az ólom-savas akkumulátorok csak 50-100 Wh/kg kapacitást (a szerint Szitakötő energia). A lítium-ion akkumulátorok energiasűrűsége szintén a fő oka annak, hogy miért általánosan használt elektromos járművekben.
Ezen tényezők miatt a lítium alapú akkumulátorok népszerűek a nagyközönség körében, és nem drága a beszerzésük. Míg bizonyos márkák vagy akkumulátortípusok ára magasabb lehet, a szabványos lítium alapú akkumulátorok általában meglehetősen megfizethetőek, és világszerte több millió üzletben kaphatók.
De a lítium-ion akkumulátorok korántsem tökéletesek. Valójában van néhány kirívó probléma ezzel a hihetetlenül népszerű áramforrással kapcsolatban.
Probléma a lítium alapú akkumulátorokkal
A lítium-ion akkumulátorokkal kapcsolatos egyik legnagyobb probléma az általuk termelt hulladék mennyisége. Sokan úgy döntenek, hogy az akkumulátorokat a szokásos szemétbe dobják, miután lemerültek, ami káros a környezetre.
Amikor a lítium-ion akkumulátorokat más általános, nem újrahasznosítható hulladékkal együtt ártalmatlanítják, szemétlerakóba kerülnek. Amint itt landolnak, alkatrészeik kimosódhatnak, és súlyosan károsíthatják a környező környezetet. A lítium, a nikkel, a kobalt és a mangán komoly szennyeződési kockázatot jelenthet, és mindegyik megtalálható a különböző lítium alapú akkumulátorokban.
Sőt, az ilyen típusú akkumulátorok lítium kivonása is károsítja bolygónkat. A lítium sóbányászattal vagy bepárlással kinyerhető, mindkét eljárás csúnya hatással van a környezetre. A szennyeződés, a víz sótartalmának növekedése, a CO2-kibocsátás és a biológiai sokféleség csökkenése mind a lítiumkitermelés aggasztó mellékhatásai.
Tekintettel arra, hogy a lítium akkumulátorok piaca 2020 és 2026 között várhatóan 14,6 százalékkal fog növekedni (amint azt a Statista), valószínű, hogy a lítium kitermelése továbbra is környezeti veszélyt jelent majd. Ez is a egyre nagyobb aggodalomra ad okot az elektromos járművek gyártóiparában.
Szóval mik az alternatívák?
A 4 legjobb lítium alapú akkumulátor alternatíva
1. Sósvízi akkumulátorok
Sós vizű óceánok borítják bolygónk kétharmadát. Tehát hogyan használható ez az erőforrás energiatermelésre?
A sósvízi akkumulátorok koncentrált sóoldatot használnak az áram előállításához. A sósvizes akkumulátorok anódot és katódot is tartalmaznak, és a sóoldat elektrolitként (vagy vektorként) működik a pozitív nátriumionok (Na+ ionok) számára. A nátriumionok a katódról az anódra haladva energiát termelnek.
A tényleges tengervizet nem használják a sós vizű akkumulátorokban, de tömeges mennyiségű sót lehet gyűjteni az óceánból, és felhasználni ezekhez az akkumulátorokhoz. Sós víz használata akkumulátorok előállításához sokkal kevésbé káros lehet a környezetre, mint a lítium, kobalt, nikkel és más, akkumulátorokban használt fémek extrakciós eljárásai.
2. Üveg akkumulátorok
Az üvegelemek kissé szokatlanul hangzanak, de nagy lehetőségek rejlenek bennük. Az üvegelem egy viszonylag új ötlet, amelyet először John Goodenough fizikus fogalmazott meg 2017-ben. Ez az akkumulátor, az úgynevezett "Goodenough akkumulátor", üveget használ elektrolitként. Míg az akkumulátor elektrolitjai általában folyékony formában vannak, az üveg akkumulátor teljesen szilárd.
A szilárd elektrolit használata lényegesen biztonságosabb, mint a folyékony elektrolitok, csökkentve a tüzek kialakulásának esélyét, és kiküszöböli a hulladéklerakókban való kimosódás kockázatát. Ráadásul az üvegakkumulátor tovább bírja, mint a lítium-ion akkumulátorok, így összességében fenntarthatóbb alternatívát jelentenek. Nátriumot is használnak az üvegakkumulátorban, amely, ahogyan azt a sósvízi akkumulátorok tárgyalásakor említettük, fenntarthatóbb erőforrás, mint a hagyományos akkumulátorfémek.
3. Nátrium-kén akkumulátorok
A nátrium-kén (NaS) akkumulátorok folyékony halmazállapotú akkumulátorok, amelyek olvadt anódokat és katódokat használnak. Ebben az esetben az anód és a katód folyékony formában van, az előbbi olvadt nátrium, az utóbbi pedig olvadt kén. Ezek az akkumulátorok az 1960-as évek óta léteztek, mielőtt a lítium-ion akkumulátort feltalálták volna. De milyen potenciál rejlik a NaS akkumulátorban a mi világunkban?
A nátrium-kén akkumulátorok fő előnye a lítium-ion akkumulátorokhoz képest nagyobb energiasűrűségük. Valójában, a Sydney-i Egyetem kutatói 2022-ben egy nátrium-kén akkumulátort hozott létre, amelynek energiakapacitása négyszerese a lítium-ion akkumulátoroknak. Ráadásul a nátrium-kén akkumulátorok kevésbé mérgezőek, mint a lítium-ion akkumulátorok, ami jó hír a környezet számára.
4. Kender elemek
Nem gondolná az ember, hogy a kender képes helyettesíteni a lítium-ion akkumulátorokat, de ez a növény ismét bizonyította sokoldalúságát. Ezeknek az akkumulátoroknak azonban van egy figyelmeztetése: továbbra is nehézfémeket, például lítiumot használnak a munkájukhoz.
Eco Watch beszámol arról, hogy a kutatók által 2022-ben kifejlesztett kenderüzemű akkumulátor egyik példája lítiumot és ként használ az energiatermelés során. A különbség az, hogy más nehézfémeket, például nikkelt vagy kobaltot nem használnak, és maga az akkumulátor jobb teljesítményt nyújt a hagyományos lítium-ion változatokhoz képest. Ennek az az oka, hogy a kender segít a katódnak meghosszabbítani élettartamát ismételt ciklusokon keresztül.
A kenderalapú akkumulátorok költséghatékonyabbak is, és fontolóra veszik elektromos járművekben való alkalmazásukat. Ha többet szeretne megtudni a különböző elektromos járművek akkumulátortípusairól, tekintse meg a mi oldalunkat dedikált darab a témában.
Az akkumulátoripar sokkal zöldebbé válhat a jövőben
Mivel a lítium-ion akkumulátorok ilyen ígéretes alternatívái már készülnek, izgalmas az akkumulátoripar jövőjére gondolni. Ha az ilyen alternatívákat sikeresen kereskedelmi forgalomba hozzuk, számtalan környezeti problémát és katasztrófát megelőzhetünk. Összességében a lítium-ion pótlás mindenki számára előnyös!
