Τι είναι οι μπαταρίες λιθίου και πώς λειτουργούν;

Τι είναι οι μπαταρίες ιόντων λιθίου, από τι είναι κατασκευασμένες και ποια είναι τα οφέλη σε σύγκριση με άλλες τεχνολογίες αποθήκευσης μπαταριών;

Οι μπαταρίες λιθίου που προτάθηκαν για πρώτη φορά τη δεκαετία του 1970 και παρήχθησαν εμπορικά από τη Sony το 1991, χρησιμοποιούνται πλέον σε κινητά τηλέφωνα, αεροπλάνα και αυτοκίνητα.Παρά τα πολλά πλεονεκτήματα που τις οδήγησαν σε αυξανόμενη επιτυχία στην ενεργειακή βιομηχανία, οι μπαταρίες ιόντων λιθίου έχουν ορισμένα μειονεκτήματα και είναι ένα θέμα που προκαλεί πολλή συζήτηση.

Τι ακριβώς είναι όμως οι μπαταρίες λιθίου και πώς λειτουργούν;

Από τι είναι κατασκευασμένες οι μπαταρίες λιθίου;

Μια μπαταρία λιθίου αποτελείται από τέσσερα βασικά εξαρτήματα.Διαθέτει την κάθοδο, η οποία καθορίζει τη χωρητικότητα και την τάση της μπαταρίας και είναι η πηγή των ιόντων λιθίου.Η άνοδος επιτρέπει στο ηλεκτρικό ρεύμα να ρέει μέσω ενός εξωτερικού κυκλώματος και όταν η μπαταρία φορτίζεται, ιόντα λιθίου αποθηκεύονται στην άνοδο.

Ο ηλεκτρολύτης σχηματίζεται από άλατα, διαλύτες και πρόσθετα και χρησιμεύει ως αγωγός ιόντων λιθίου μεταξύ της καθόδου και της ανόδου.Τέλος υπάρχει ο διαχωριστής, το φυσικό εμπόδιο που κρατά την κάθοδο και την άνοδο χωριστά.

Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα των μπαταριών λιθίου

Οι μπαταρίες λιθίου έχουν πολύ μεγαλύτερη ενεργειακή πυκνότητα από άλλες μπαταρίες.Μπορούν να έχουν έως και 150 watt-hours (WH) ενέργειας ανά κιλό (kg), σε σύγκριση με μπαταρίες νικελίου-υδριδίου μετάλλου στα 60-70 WH/kg και μολύβδου οξέος στα 25 WH/kg.

Έχουν επίσης χαμηλότερο ρυθμό εκφόρτισης από άλλες, χάνοντας περίπου το 5% της φόρτισής τους σε ένα μήνα σε σύγκριση με μπαταρίες νικελίου-καδμίου (NiMH) που χάνουν 20% σε ένα μήνα.

Ωστόσο, οι μπαταρίες λιθίου περιέχουν επίσης έναν εύφλεκτο ηλεκτρολύτη που μπορεί να προκαλέσει πυρκαγιές μπαταριών μικρής κλίμακας.Αυτό ήταν που προκάλεσε τις διαβόητες καύσεις smartphone Samsung Note 7, οι οποίες ανάγκασαν τη Samsung να διακόψει την παραγωγή καιχάσει 26 δισ. δολάρια σε αγοραία αξία.Πρέπει να σημειωθεί ότι αυτό δεν έχει συμβεί σε μπαταρίες λιθίου μεγάλης κλίμακας.

Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου είναι επίσης πιο ακριβές στην παραγωγή, καθώς μπορεί να κοστίζουν σχεδόν 40% περισσότερη παραγωγή από τις μπαταρίες νικελίου-καδμίου.

Συναγωνιστές

Τα ιόντα λιθίου αντιμετωπίζουν ανταγωνισμό από μια σειρά εναλλακτικών τεχνολογιών μπαταριών, οι περισσότερες από τις οποίες βρίσκονται σε στάδιο ανάπτυξης.Μια τέτοια εναλλακτική είναι οι μπαταρίες με θαλασσινό νερό.

Υπό ανάπτυξη από την Aquion Energy, σχηματίζονται από αλμυρό νερό, οξείδιο του μαγγανίου και βαμβάκι για να δημιουργήσουν κάτι που κατασκευάζεται με «άφθονα, μη τοξικά υλικά και σύγχρονες τεχνικές παραγωγής χαμηλού κόστους».Εξαιτίας αυτού, είναι οι μόνες μπαταρίες στον κόσμο που διαθέτουν πιστοποίηση από βάση σε βάση.

Παρόμοια με την τεχνολογία της Aquion, η «Blue Battery» της AquaBattery χρησιμοποιεί ένα μείγμα αλατιού και γλυκού νερού που ρέει μέσα από τις μεμβράνες για την αποθήκευση ενέργειας.Άλλοι πιθανοί τύποι μπαταριών περιλαμβάνουν τις μπαταρίες ούρων του Bristol Robotics Laboratory και τις μπαταρίες ιόντων λιθίου του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνια Riverside που χρησιμοποιεί άμμο αντί γραφίτη για την άνοδο, οδηγώντας σε μια μπαταρία που είναι τρεις φορές πιο ισχυρή από το βιομηχανικό πρότυπο.