Litiumbaserte batterier har vært integrert i livene våre i flere tiår og er nødvendige for ulike elektroniske enheter. Men hvorfor har litiumbaserte batterier blitt så populære, og er bedre alternativer der ute? Hva kan en dag erstatte litiumbaserte batterier totalt?
Hva er litiumbaserte batterier?
Litium-baserte batterier (litium-ion-batterier) er den vanligste typen batteri i dag. Ideen om litiumbaserte batterier ble først foreslått i 1976 av Michael Stanley Whittingham, en britisk kjemiker. Litiumbaserte batterier ble først kommersielt tilgjengelig i stor skala noen år senere, i 1991, da de gikk i masseproduksjon.
Et litiumbasert batteri kan komme i mange former, med de mest bemerkelsesverdige variantene inkludert litium jernfosfat, litiumkoboltoksid, litiummanganoksid og litiumnikkelmangankobolt oksid. Disse batteriene inneholder små strømceller, som hver består av en positiv elektrode (katode), en negativ elektrode (anode) og en elektrolytt.
Inne i cellen beveger litiumioner seg mellom de positive og negative elektrodene, med elektrolytten som bevegelsesvektor. Litiumioner (Li+) har en positiv ladning og trekkes derfor til den negative elektroden. De to elektrodene består også av nøkkelkomponenter. Når det gjelder et typisk litiumkoboltoksidbatteri, er katoden laget av litiumkoboltoksid, mens anoden vanligvis er laget av en karbonbasert forbindelse kjent som grafitt.
Katoden vil gi bort noen av sine positive litiumioner, som deretter beveger seg til anoden gjennom elektrolytten, og frigjør energi som batteriet vil bruke til sin effekt. Denne raske og enkle prosessen er nå avhengig av milliarder av mennesker over hele verden for å gi drivstoff til enhetene deres.
Mange merker av litium-ion-batterier er engangsbruk. Selv om de kan drive en enhet i uker, måneder eller til og med år, må den kastes og skiftes ut når batteriet dør. Derimot, oppladbare litiumbaserte batterier er nå svært populære, siden de kan spare brukere penger og produsere mindre avfall.
Men hvorfor er litiumbaserte batterier det beste valget? Hva gjør dem til et så attraktivt alternativ for produsenter og forbrukere?
Hvorfor bruker vi litiumbaserte batterier?
Vi bruker hovedsakelig litiumbaserte batterier på grunn av deres lange levetid sammenlignet med andre batterityper. Produsenter ønsker å produsere og selge batterier som leverer strøm i noen dager samtidig som de er lette og kompakte. Videre, ifølge Clean Energy InstituteLitium-ion-batterier har en svært lav selvutlading på rundt 1-2 % per måned, noe som betyr at de mister en lavere prosentandel av den totale strømkapasiteten hver gang de brukes.
Litium-ion-batterier kan produsere energi via en enkel kjemisk prosess, noe som gjør dem til et veldig attraktivt alternativ for produsenter. I tillegg gjør energitettheten til litium-ion-batterier dem til det mest foretrukne alternativet. Et standard litium-ion-batteri har en kapasitet på 260-270wh/kg (watt-timer per kilogram), mens blybatterier kun kan nå en kapasitet på 50-100wh/kg (som pr. Dragonfly energi). Energitettheten til litium-ion-batterier er også en viktig årsak til at de er det ofte brukt i elektriske kjøretøy.
På grunn av disse faktorene er litiumbaserte batterier populære blant allmennheten, og de er ikke dyre å kjøpe. Mens visse merker eller modeller av batterier kan ha en høyere pris, er standard litiumbaserte batterier generelt rimelige og tilgjengelige i millioner av butikker over hele verden.
Men litium-ion-batterier er på ingen måte perfekte. Faktisk er det noen skarpe problemer knyttet til denne utrolig populære strømkilden.
Problemet med litiumbaserte batterier
Et av de største problemene forbundet med litium-ion-batterier er den store mengden avfall de skaper. Mange velger å kaste batterier med vanlig søppel når de går tom for strøm, noe som er skadelig for miljøet.
Når litium-ion-batterier kastes sammen med annet generelt, ikke-resirkulerbart avfall, havner de på søppelfylling. Når de lander her, kan komponentene deres lekke ut og skade det omkringliggende miljøet alvorlig. Litium, nikkel, kobolt og mangan kan alle utgjøre en alvorlig forurensningsrisiko og finnes alle i ulike litiumbaserte batterityper.
Dessuten skader litiumutvinning for denne batteritypen også planeten vår. Litium kan utvinnes via saltutvinning eller fordampning, og begge prosessene har en ekkel effekt på miljøet. Forurensning, økt saltholdighet i vannet, CO2-utslipp og tap av biologisk mangfold er alle bekymringsfulle bivirkninger av litiumutvinning.
Gitt at markedet for litiumbatterier forventes å vokse med 14,6 prosent mellom 2020 og 2026 (som rapportert av Statista), er det sannsynlig at prosessen med litiumutvinning vil fortsette å utgjøre en miljøtrussel. Dette er også en økende bekymring i EV-produksjonsindustrien.
Så, hva er alternativene?
De 4 beste litiumbaserte batterialternativene
1. Saltvannsbatterier
Saltvannshavene dekker to tredjedeler av planeten vår. Så hvordan kan denne ressursen brukes til kraftproduksjon?
Saltvannsbatterier bruker en konsentrert saltvannsløsning for å produsere strøm. Saltvannsbatterier inneholder også en anode og en katode, hvor saltvannsløsningen fungerer som elektrolytt (eller vektor) for positive natriumioner (Na+ ioner). Natriumionene går fra katoden til anoden og produserer energi.
Faktisk sjøvann brukes ikke i saltvannsbatterier, men store mengder salt kan høstes fra havet og brukes til disse batteriene. Å bruke saltvann til å lage batterier kan være langt mindre miljøskadelig enn utvinningsprosessene som brukes for litium, kobolt, nikkel og andre metaller som brukes i batterier.
2. Glass batterier
Glassbatterier høres kanskje litt uvanlig ut, men de har et stort potensial. Glassbatteriet er en relativt ny idé, først konseptualisert av fysikeren John Goodenough i 2017. Dette batteriet, kjent som "Goodenough-batteriet", bruker glass som elektrolytt. Mens batterielektrolytter vanligvis kommer i flytende form, er glassbatteriet helt solid.
Bruken av en fast elektrolytt er betydelig sikrere enn flytende elektrolytter, noe som reduserer sjansen for brann og fjerner risikoen for utlekking i deponier. Dessuten kan glassbatteriet vare lenger enn litium-ion-batterier, noe som gjør dem til et mer bærekraftig alternativ totalt sett. Natrium brukes også i glassbatteriet, som, som nevnt når man diskuterer saltvannsbatterier, er en mer bærekraftig ressurs enn tradisjonelle batterimetaller.
3. Natrium-svovel batterier
Natrium-svovel (NaS) batterier er en form for flytende batteri som bruker smeltede anoder og katoder. I dette tilfellet kommer anoden og katoden i flytende form, hvor førstnevnte er smeltet natrium og sistnevnte er smeltet svovel. Disse batteriene har eksistert siden 1960-tallet før litium-ion-batteriet ble oppfunnet. Men hvilket potensial har NaS-batteriet i vår verden?
En stor fordel med natrium-svovel-batterier er deres høyere energitetthet enn litium-ion-batterier. Faktisk, forskere ved University of Sydney skapte et natrium-svovel-batteri med fire ganger energikapasiteten til litium-ion-batterier i 2022. Dessuten er natrium-svovel-batterier mindre giftige enn litium-ion-batterier, noe som er gode nyheter for miljøet.
4. Hamp batterier
Du skulle ikke tro hamp har potensialet til å erstatte litium-ion-batterier, men denne planten har bevist sin allsidighet igjen. Imidlertid kommer disse batteriene med en advarsel: de bruker fortsatt tungmetaller som litium for å fungere.
Øko-klokke rapporterer at ett eksempel på et hampdrevet batteri, utviklet av forskere i 2022, bruker litium og svovel i sin kraftproduksjonsprosess. Forskjellen her er at andre tungmetaller, som nikkel eller kobolt, ikke brukes, og selve batteriet har en forbedret ytelse i forhold til tradisjonelle litium-ion-varianter. Dette er fordi hampen hjelper katoden til å forlenge levetiden gjennom gjentatte sykluser.
Hampbaserte batterier er også mer kostnadseffektive og vurderes for bruk i elektriske kjøretøy. For å lære om de forskjellige EV-batteritypene, sjekk ut vår dedikert artikkel om emnet.
Batteriindustrien kan bli mye grønnere i fremtiden
Med slike lovende alternativer til litium-ion-batterier allerede i arbeid, er det spennende å tenke på fremtiden til batteriindustrien. Hvis slike alternativer blir vellykket kommersialisert, kan vi forhindre utallige miljøproblemer og katastrofer. Alt i alt er det en vinn-vinn for litium-ion-erstatninger!
