Suočavamo se s krizom litij baterija: koje su alternative?

veljača 14, 2022by ivona

U doba elektrifikacije, punjive baterije uzimamo zdravo za gotovo. Od telefona i prijenosnih računala do visokotehnoloških kamera – ove baterije imaju jednu zajedničku stvar; sve su napravljene od litija. Li-on baterije najpopularnija su i najučinkovitija opcija pohrane energije, te kontroliraju više od 90 posto globalnog tržišta mreže..

No, njihova najistaknutija upotreba danas je u električnim vozilima.

Tijekom posljednjeg desetljeća, porast u proizvodnji litij-ionskih baterija doveo je do pada cijena od 85 posto, čime su električni automobili prvi put u povijesti postali komercijalno održivi.

Baterije utiru put prema budućnosti bez ovisnosti o fosilnim gorivima, što je ključno ako želimo usporiti klimatske promjene. Ali, litij nije ekološki najprihvatljiviji kemijski element koji bismo mogli koristiti. U Južnoj Americi ogromne rezerve litija troše vodu u galonima, uzrokujući razorne sukobe među lokalnim stanovništvom u vezi s vodom. Za proizvodnju jedne tone litija potrebno je ogromnih 2,2 milijuna litara vode.

Ekstrakcija litija također šteti tlu i može uzrokovati kontaminaciju zraka.

Mnogi ističu da se Li-on baterije mogu reciklirati, što je svakako plus jer znači da se mogu koristiti uvijek iznova umjesto da se rudare svaki put. No, to još nije univerzalno uspostavljena praksa, a posljednjih godina zabilježen je slab napredak u recikliranju baterija. Dakle, ako se želimo i dalje oslanjati na litijeve baterije, ovo se mora poboljšati. 

U međuvremenu, mnogi su u potrazi za zamjenom. Pogotovo zato što nema jamstva da ćemo moći pronaći dovoljno sirovina kako bismo pratili potražnju.

Što možemo koristiti umjesto litija u baterijama?

 

Sol

Sol, ili natrij, blizak je kemijski rođak litiju. Iako je vrlo sličan element, nema isti utjecaj na okoliš, što znači da bi mogla biti izvediva opcija za njegovu zamjenu.

Rješenje bi mogle biti natrij-ionske baterije. Natrij-ionska tehnologija ne troši nikakve oskudne resurse – a njena proizvodnja ne zahtijeva rijetke litijeve soli – dovoljna je jednostavna kuhinjska sol. Međutim, natrij je tri puta teži od litija, što znači da su i natrij-ionske baterije teže. Natrijeve baterije također mogu biti manje snažne jer imaju niži napon ćelije.

 

Morska voda

Ako su slane baterije moguće, zašto onda ne koristiti morsku vodu? Tim s Tehnološkog instituta Karlsruhe u Njemačkoj razvio je prototip baterije na bazi morske vode.

Prema riječima glavnog znanstvenika Stefana Passerinija, već imaju interes ulagača u Južnoj Koreji. Svjetski oceani sadrže oko 180 milijardi tona litija, ali  je razrijeđena, pa istraživači smišljaju brojne filtere kako bi pokušali selektivno ekstrahirati morsku vodu iz litija – kako bi je dobro iskoristili.

 

Željezo

Željezo bi možda moglo biti jaka zamjena za litij. Smatra se da kemijski element ima bolji ‘redox potencijal’, što je znanstveni žargon za “potencijal redukcije” (neće tako brzo izgubiti svoju učinkovitost). U rujnu prošle godine u Bloombergu je objavljen članak pod naslovom ‘Iron Battery Breakthrough Could Eat Lithium’s Lunch’. Usredotočen je na tvrtku za čistu energiju u Oregonu, SAD, koja ostvaruje rekordnu kupnju baterija koje ovise o “kemiji protoka željeza”.

Oni očito mogu dulje pohraniti obnovljivu energiju i mogli bi “pomoći u prevladavanju nekih problema s pouzdanošću koji su uzrokovali nestanke struje u Kaliforniji i rekordno visoke cijene energije u Europi”.

Jedino ograničenje kod baterija s protokom željeza je to što su mnogo veće od litijevih baterija. To znači da se ne bi mogli koristiti u pametnim telefonima ili prijenosnim računalima ili čak električnim vozilima, ali bi mogli dobro funkcionirati kao praktična opcija za pohranu u mreži.

Silicij

Mnogi znanstvenici promiču silicij kao ključni sastojak koji bi mogao transformirati baterije. Ne bi zamijenio litij, ali bi se dodao litijskim baterijama – što znači da bi bile jeftinije i učinkovitije dugoročno. Trenutno, litij-ionske baterije koriste grafit kao ključnu komponentu unutar njih. Grafit se sastoji od više slojeva ugljika naslaganih jedan na drugi. A u tradicionalnoj litij-ionskoj bateriji, litij ioni mogu kliziti kroz te prazne prostore između slojeva, što rezultira gubitkom.

Zamjena grafita silicijem mogla bi dovesti do lakših i sigurnijih baterija.

“Silicij kao anoda u litij-ionskoj bateriji predstavlja ‘sveti gral’ za istraživače u ovom području,” rekao je specijalist profesor Apparao M. Rao, koji je direktor Clemsonovog instituta za nanomaterijale u Južnoj Karolini, SAD.

 

Magnezij

Magnezij se trenutno istražuje kao potencijalno moćna komponenta u budućim baterijama. To je element koji može nositi značajan naboj od +2, što je više i od litija i od natrija.

Baterije izrađene od metala magnezija mogle bi imati veću gustoću energije, veću stabilnost i nižu cijenu od današnjih litij-ionskih ćelija, kažu znanstvenici u jednoj studiji.

Magnezij ima još jednu prednost. Svaki atom magnezija oslobađa dva elektrona tijekom faze pražnjenja baterije, u usporedbi s jednim elektronom za litij. To mu daje potencijal za isporuku gotovo dvostruko više električne energije.

 

Konoplja

Biljna i održiva vlakna koja se koriste u odjeći, građevinskim materijalima, hrani, pa čak i dijelovima automobila, mogla bi postati ključni sastojak jeftinijih, sigurnijih, manje štetnih za okoliš baterija za električna vozila.

Jedan zagovornik je teksaški startup Bemp Research Corp, tvrtka koja je razvila alternativu za baterije. Bemp pokušava steći ulaganja za razvoj i komercijalizaciju svoje B4C-konoplje – skraćeno od “Boron Carbide made from hemp”, u obliku tehnologije litij-sumpornih baterija.