1. Trenutna vladavina litijumskih baterija
Trenutno, litijum{0}}jonske baterije (LIB) su dominantna tehnologija koja se koristi u pohranjivanju punjive energije i predstavlja približno 70% globalnog tržišnog udjela tehnologija punjivih uređaja. Prednosti LIB-a uključuju sljedeće:
Visoka gustoća energije litijuma:Mala težina i visok elektrohemijski potencijal litijuma omogućavaju razvoj manjih i dugotrajnijih-elektricnih baterija i elektronike.
-Efektivnost kroz razmjere:Sa decenijama iskustva u proizvodnji, LIB-ovi su postali fundamentalno jeftiniji za proizvodnju u velikim količinama od većine drugih tehnologija, omogućavajući LIB-ovima da budu troškovno-konkurentni u svakodnevnim proizvodima srednje klase{1}}.
Uspostavljena (širom svijeta) infrastruktura za LIB:Obimne mreže podrške za LIB-ove, uključujući stanice za punjenje električnih vozila i komunalne{0}}sisteme za pohranu energije, intenzivno su se razvile tokom nekoliko decenija.
Uprkos njihovoj trenutnoj dominaciji u ovom sektoru, postoji nekoliko ranjivosti koje se odnose na LIB tehnologiju. Postoji ozbiljna zabrinutost u vezi sa negativnim uticajima eksploatacije litijuma na životnu sredinu, iscrpljivanjem dragocenih vodnih resursa i koncentracijom litijuma. Kina trenutno kontroliše više od 60% globalnih kapaciteta za preradu litijuma, što predstavlja rizik za lanac snabdevanja za druge zemlje.
2. Izazovi guranje litijuma ka zastarjelosti
A. Okolinska i etička razmatranja
Ekstrakcija litijuma ima izuzetno veliki ekološki uticaj jer je metoda vađenja litijuma kroz dubinsko rudarenje (ovo se odvija na dubinama većim od 1,5 km), što je rijetko, ali ima ogroman ekološki otisak i koristi prekomjernu količinu vode (do 1 m l (skoro 500 000 lit. galona) proizvedenih). Kako je voda izuzetno ograničena u oblastima u kojima se vadi litijum (npr. pustinja Atacama u severnom Čileu), potreba za više vode stvara veći pritisak na raspoložive zalihe slatke vode.
B. Nedostaci performansi
Iako su litijum-jonske baterije najefikasniji oblik baterija u smislu gustine energije, one imaju specifična ograničenja:
1. Duga vremena punjenja – Većini flote električnih vozila (EV) potrebno je punjenje od 30 minuta do nekoliko sati da bi se postiglo potpuno punjenje.
2. Hladno vrijeme – Performanse litijum-jonskih baterija su smanjene za 60% ispod nule i stoga EV-ovi mogu imati smanjenu upotrebu u hladnim klimatskim uslovima.
3. Sigurnost – Termalni bijeg se može dogoditi kao rezultat visoke energije iz litijum-jonskih baterija, što obično uzrokuje požar, eksploziju itd., iako su pojave ovih događaja rijetke, ali u primjenama visoke energije postoje.
C. Geopolitičke ranjivosti
Kao rezultat kineske ogromne proizvodnje baterija širom svijeta i kapaciteta za preradu litijuma, Sjedinjene Države, Europska unija i druge zapadne sile u manjoj mjeri ulažu značajno u domaću proizvodnju baterija kako bi smanjile svoje oslanjanje na kinesku opskrbu baterijama.
3. Nove tehnologije koje izazivaju dominaciju litijuma
O. Baterije koje su u čvrstom{1}} stanju
Baterije zasnovane na-čvrstoj tehnologiji zamjenjuju čvrste-elektrolite umjesto tečnih elektrolita kao što se koriste u tipičnim litijum-jonskim baterijama. Stoga tehnologija čvrstih{4}}baterija ima nekoliko prednosti u odnosu na tehnologiju litijum{5}}jonskih baterija koja uključuje:
Sljedeća lista pruža uvid u neke od glavnih razloga koji pokreću tranziciju tržišta automobilskih baterija sa tečnih na čvrstu{0}}tehnologiju baterija. Sljedeće tačke ukazuju na to da će se prelazak na tehnologiju čvrstih{2}}baterija brzo dogoditi u automobilskom sektoru.
Sigurnost: Dok baterije sa tečnim elektrolitom predstavljaju povećan rizik od požara i opasnih hemikalija tokom proizvodnje, ne postoji proizvodnja potencijalno opasnih hemikalija proizvedenih u proizvodnji čvrstih{0}}baterija.
Gustina energije: U poređenju sa postojećom litijum{0}}jonskom tehnologijom, koja može pohraniti između 250 i 300 Wh/kg energije, čvrsta{3}} baterija ima potencijal da pohrani do 500 Wh/kg.
Vrijeme punjenja: Za razliku od tradicionalnih litijum{0}}jonskih baterija, kojima su obično potrebni sati da se potpuno napune, eksperimentalnim solid{1}}baterijama je potrebno samo 15 minuta.
Promjena tržišta: Prema izvještajima OEM-a, mnogi su u procesu razvoja i proizvodnje solid{0}}akumulatora koji će biti dostupan na tržištu u narednih 5 do 7 godina (2027-2030).
B. Natrijum-jonske baterije
Natrijum{0}}ion (Na-) baterije i litijum-ion (Li-}) baterije se razlikuju po tome što je natrijum više i jeftiniji od litijumskih. Prednosti natrijum{5}}jonskih baterija u odnosu na litijum{6}}ionske baterije uključuju:
1. Cijena - Troškovi proizvodnje Na- baterija su približno 70% niži od cijena Li- baterija.
2. Eko-prijateljski - Količina vode potrebna za uklanjanje natrijuma je 682 puta manja od one koja je potrebna za uklanjanje litijuma.
3. Performanse u hladnom vremenu - Na- baterije mogu raditi na ekstremno niskim temperaturama do -30 stepeni Celzijusa.
4. Ciljano tržište - Kompanije kao što su Faradion i CATL postavile su svoj cilj na uvođenje natrijum-jonske tehnologije u višeslojno EV i grid{3}}skladište energije. Koristeći tehnologiju Na-jonskih baterija, ove kompanije će se fokusirati na kupce{6}}osjetljive na troškove.
C. Graphene-Poboljšane baterije
Grafen, koji je napravljen od jednog sloja atoma ugljika, može poboljšati performanse baterije na sljedeće načine:
Brže punjenje: Grafenski superkondenzatori mogu omogućiti da se pametni telefon ili tablet potpuno napune za otprilike 15 sekundi.
Ciklusi veće upotrebe: Za razliku od litijum{0}}jonskih baterija koje su ograničene na 500-2.000 ciklusa, grafenska baterija može postići 10.000 ciklusa.
Otpornost na hladno vreme Grafenske baterije će nastaviti da dobro funkcionišu na ekstremno niskim temperaturama od -40 do visokih 80 stepeni Celzijusa.
Do 2030. godine, grafenske baterije, koje su trenutno podvrgnute eksperimentalnom testiranju, mogle bi u potpunosti transformirati opcije skladištenja energije za obnovljive izvore energije i električne automobile.
4. Hoće li litijumske baterije preživjeti? Scenario koegzistencije
Zbog eksperimentalne faze, grafenske baterije mogle bi omogućiti drastičan pomak ka novim oblicima skladištenja energije u obnovljivim izvorima energije i električnim vozilima do 2030. godine. Čak i sa predviđanjima sudnjeg dana oko litijumskih baterija, njihovo izumiranje se čini vrlo malo vjerojatnim, s predviđanjima koja naginju ka njihovim tehnologijama koje koegzistiraju s novim inovacijama.
Nekoliko tržišnih niša će i dalje u velikoj mjeri ovisiti o litijum-ionskim baterijama zbog njihove velike gustine energije, kao što je avijacija i svemir s novim električnim vertikalnim poletanjem i slijetanjem (eVTOL). Osim toga, korištenjem hibridnih sistema ili hibridnih kombinacija litijuma sa čvrstim-ili natrijum{4}}jonskim baterijama, kombinacija kemije bi pružila nekoliko prednosti, uključujući poboljšanu cijenu, sigurnost, performanse, itd. Na primjer, buduća električna vozila BMW-a će vjerovatno koristiti čvrste-stanje kao} i litijumske ćelije u odnosu na kombinaciju prednosti litijuma u odnosu na{7 svake tehnologije.
Nadalje, inovacije u recikliranju litijumskih ćelija, uključujući kineski plan da reciklira 1,2 miliona tona do 2025. godine, produžiće životni vek litijumskih ćelija, a takođe i zbog uštede troškova i energije usled manjeg rudarenja.
5. Put koji je pred nama: balansiranje između inovacija i praktičnosti
Evolucija sistema 'post-litijumske baterije' zavisi od tri glavna faktora:
1. Troškovna konkurentnost: kako bi čvrste-baterije i natrijum{2}}jonske baterije dobile značajan tržišni udio, moraju dostići ekvivalent od 100 USD po kWh kako bi cijena postala uporediva sa litijum{4}}jonskim baterijama.
2. Skalabilnost: proizvodna postrojenja-na čvrstom stanju, kao što je CATL 20GWh linija, moraju biti u mogućnosti proširiti se od pilot postrojenja do masovne proizvodnje (cilj 2027.).
3. Politička podrška: Vladine politike moraju biti uspostavljene kako bi se ohrabrila i podstakla istraživanje i razvoj i infrastruktura za reciklažu koja može smanjiti ili eliminirati rizik u lancu snabdijevanja povezan s litijumom.
Zaključak
