Lithium-baserede batterier har været en integreret del af vores liv i årtier og er påkrævet til forskellige elektroniske enheder. Men hvorfor er lithium-baserede batterier blevet så populære, og er der bedre alternativer derude? Hvad kunne en dag erstatte lithium-baserede batterier helt?
Hvad er lithium-baserede batterier?
Lithium-baserede batterier (lithium-ion-batterier) er den mest almindelige type batteri i dag. Ideen om lithium-baserede batterier blev først foreslået i 1976 af Michael Stanley Whittingham, en britisk kemiker. Lithium-baserede batterier blev først kommercielt tilgængelige i stor skala nogle år senere, i 1991, da de gik i masseproduktion.
Et lithium-baseret batteri kan komme i mange former, med de mest bemærkelsesværdige varianter inklusive lithium jernfosfat, lithium cobalt oxid, lithium mangan oxid og lithium nikkel mangan cobalt oxid. Disse batterier indeholder små strømceller, der hver består af en positiv elektrode (katode), en negativ elektrode (anode) og en elektrolyt.
I cellen bevæger lithiumioner sig mellem de positive og negative elektroder, hvor elektrolytten fungerer som bevægelsesvektor. Lithium-ioner (Li+) har en positiv ladning og tiltrækkes derfor af den negative elektrode. De to elektroder består også af nøglekomponenter. I tilfælde af et typisk lithium cobalt oxid batteri, er katoden lavet af lithium cobalt oxid, mens anoden normalt er lavet af en carbon-baseret forbindelse kendt som grafit.
Katoden vil afgive nogle af sine positive lithium-ioner, som derefter bevæger sig til anoden gennem elektrolytten og frigiver energi, som batteriet vil bruge til sin effekt. Denne hurtige og enkle proces er nu påberåbt af milliarder af mennesker rundt om i verden for at brænde deres enheder.
Mange mærker af lithium-ion-batterier er engangsbrug. Selvom de kan drive en enhed i uger, måneder eller endda år, skal den bortskaffes og udskiftes, når batteriet dør. Imidlertid, genopladelige lithium-baserede batterier er nu meget populære, da de kan spare brugerne penge og producere mindre affald.
Men hvorfor er lithium-baserede batterier det bedste valg? Hvad gør dem til en så attraktiv mulighed for producenter og forbrugere?
Hvorfor bruger vi lithium-baserede batterier?
Vi bruger primært lithium-baserede batterier på grund af deres lange levetid sammenlignet med andre batterityper. Producenter ønsker at producere og sælge batterier, der leverer strøm i et par dage, mens de forbliver lette og kompakte. Endvidere ifølge Clean Energy Institute, Lithium-ion-batterier har en meget lav selvafladning på omkring 1-2 % om måneden, hvilket betyder, at de mister en lavere procentdel af deres samlede strømkapacitet, hver gang de bruges.
Lithium-ion-batterier kan producere energi via en simpel kemisk proces, hvilket gør dem til en meget attraktiv mulighed for producenter. Derudover gør energitætheden af lithium-ion-batterier dem til den mest foretrukne mulighed. Et standard lithium-ion batteri har en kapacitet på 260-270wh/kg (watt-timer pr. kilogram), mens bly-syre batterier kun kan nå en kapacitet på 50-100wh/kg (pr. Dragonfly energi). Energitætheden af lithium-ion-batterier er også en vigtig grund til, at de er almindeligt anvendt i elbiler.
På grund af disse faktorer er lithium-baserede batterier populære blandt offentligheden, og de er ikke dyre at købe. Mens visse mærker eller modeller af batterier kan have en højere pris, er standard lithium-baserede batterier generelt ret overkommelige og tilgængelige i millioner af butikker verden over.
Men lithium-ion-batterier er på ingen måde perfekte. Faktisk er der nogle grelle problemer forbundet med denne utroligt populære strømkilde.
Problemet med lithium-baserede batterier
Et af de største problemer forbundet med lithium-ion-batterier er den store mængde affald, de skaber. Mange mennesker vælger at bortskaffe batterier med almindeligt affald, når de løber tør for strøm, hvilket er skadeligt for miljøet.
Når lithium-ion-batterier bortskaffes sammen med andet almindeligt, ikke-genanvendeligt affald, ender de på en losseplads. Når de lander her, kan deres komponenter udvaskes og skade det omgivende miljø alvorligt. Lithium, nikkel, kobolt og mangan kan alle udgøre alvorlige forureningsrisici og er alle til stede i forskellige lithium-baserede batterityper.
Desuden skader lithiumudvinding til denne batteritype også vores planet. Lithium kan udvindes via saltminedrift eller fordampning, hvor begge processer har en ubehagelig effekt på miljøet. Forurening, øget saltholdighed i vand, CO2-emissioner og tab af biodiversitet er alle bekymrende bivirkninger af lithiumudvinding.
I betragtning af at markedet for lithiumbatterier forventes at vokse med 14,6 procent mellem 2020 og 2026 (som rapporteret af Statista), er det sandsynligt, at processen med lithiumudvinding fortsat vil udgøre en miljøtrussel. Dette er også en voksende bekymring i el-produktionsindustrien.
Så hvad er alternativerne?
Top 4 Lithium-baserede batterialternativer
1. Saltvandsbatterier
Saltvandshavene dækker to tredjedele af vores planet. Så hvordan kan denne ressource bruges til elproduktion?
Saltvandsbatterier bruger en koncentreret saltvandsopløsning til at producere strøm. Saltvandsbatterier indeholder også en anode og en katode, hvor saltvandsopløsningen fungerer som elektrolytten (eller vektoren) for positive natriumioner (Na+ ioner). Natriumionerne bevæger sig fra katoden til anoden og producerer energi.
Faktisk havvand bruges ikke i saltvandsbatterier, men massemængder af salt kan høstes fra havet og bruges til disse batterier. At bruge saltvand til at fremstille batterier kan være langt mindre miljøbelastende end de ekstraktionsprocesser, der bruges til lithium, kobolt, nikkel og andre metaller, der bruges i batterier.
2. Glas batterier
Glasbatterier lyder måske lidt usædvanligt, men de har et stort potentiale. Glasbatteriet er en relativt ny idé, først konceptualiseret af fysiker John Goodenough i 2017. Dette batteri, kendt som "Goodenough-batteriet", bruger glas som elektrolyt. Mens batterielektrolytter normalt kommer i flydende form, er glasbatteriet helt solidt.
Brugen af en fast elektrolyt er betydeligt sikrere end flydende elektrolytter, hvilket mindsker risikoen for brande og fjerner risikoen for udvaskning på lossepladser. Hvad mere er, kan glasbatteriet holde længere end lithium-ion-batterier, hvilket gør dem til et mere bæredygtigt alternativ generelt. Natrium bruges også i glasbatteriet, der, som nævnt når vi diskuterede saltvandsbatterier, er en mere bæredygtig ressource end traditionelle batterimetaller.
3. Natrium-Svovl batterier
Natrium-svovl (NaS) batterier er en form for flydende batteri, der bruger smeltede anoder og katoder. I dette tilfælde kommer anoden og katoden i flydende form, hvor førstnævnte er smeltet natrium og sidstnævnte er smeltet svovl. Disse batterier har eksisteret siden 1960'erne, før lithium-ion-batteriet blev opfundet. Men hvilket potentiale har NaS-batteriet i vores verden?
En stor fordel ved natrium-svovl-batterier er deres højere energitæthed end lithium-ion-batterier. Faktisk, forskere ved University of Sydney skabt et natrium-svovl-batteri med fire gange så stor energikapacitet som lithium-ion-batterier i 2022. Desuden er natrium-svovl-batterier mindre giftige end lithium-ion-batterier, hvilket er gode nyheder for miljøet.
4. Hamp batterier
Man skulle ikke tro, at hamp har potentialet til at erstatte lithium-ion-batterier, men denne plante har endnu en gang bevist sin alsidighed. Disse batterier kommer dog med en advarsel: de bruger stadig tungmetaller som lithium til at fungere.
Øko ur rapporterer, at et eksempel på et hampdrevet batteri, udviklet af forskere i 2022, bruger lithium og svovl i sin elproduktionsproces. Forskellen her er, at andre tungmetaller, som nikkel eller kobolt, ikke bruges, og selve batteriet har en forbedret ydeevne i forhold til traditionelle lithium-ion-varianter. Dette skyldes, at hampen hjælper katoden med at forlænge dens levetid gennem gentagne cyklusser.
Hamp-baserede batterier er også mere omkostningseffektive og overvejes til brug i elektriske køretøjer. For at lære om de forskellige batterityper til elbiler, tjek vores dedikeret indlæg om emnet.
Batteriindustrien kan blive meget grønnere i fremtiden
Med så lovende alternativer til lithium-ion-batterier allerede på vej, er det spændende at tænke på fremtiden for batteriindustrien. Hvis sådanne alternativer kommercialiseres med succes, kan vi forhindre utallige miljøproblemer og katastrofer. Alt i alt er det en win-win for lithium-ion-erstatninger!