Rozwój rynku baterii - historia i przewidywania

Historia globalnego sukcesu baterii litowo-jonowej

Pierwotnie powstanie tej technologii zawdzięczamy modzie na kultowe dziś walkmany i inne urządzenia służące rozrywce popularne w latach 70. i 80. XX wieku. To do tych urządzeń poszukiwano alternatywnego zasilania, gdyż jednorazowe zwykłe baterie bardzo szybko wyczerpywały się.

Szybko jednak okazało się, że akumulatory litowo-jonowe mają dużo większy potencjał, ponieważ są energooszczędne, mają kompaktowe rozmiary i nie są podatne na efekt pamięci (niekorzystne zjawisko, a właściwie kilka różnych zjawisk obserwowanych w niektórych typach akumulatorów i powodujące utratę rzeczywistej pojemności akumulatora).

Pojawiły się jednak problemy: były one wysoce łatwopalne i podatne na zwarcia wewnątrz ogniwa. Naukowcy musieli zająć się tymi wyzwaniami i do pewnego stopnia nadal to robią. Decydujący przełom nastąpił dzięki wynikom badań Johna B Goodenough'a (USA), M Stanley'a Whittinghama (Wielka Brytania) i Akiry Yoshino (Japonia), którzy otrzymali w 2019 roku Nagrodę Nobla z chemii.

Pierwsze akumulatory litowo-jonowe zostały wyprodukowane w 1983 r., a w 1991 r. zostały wprowadzone na rynek przez Sony. Od tego czasu są one niepowstrzymane, o czym świadczą statystyki: w 2019 r. światowy rynek był wart ok. 40 mld euro. Oczekuje się, że do 2022 r. wartość ta wzrośnie do 60 mld EUR.

Weź pod uwagę swój telefon komórkowy, aparat cyfrowy, laptop lub latarkę: w dzisiejszych czasach nie ma prawie żadnego gadżetu elektronicznego, który nie jest zasilany bateriami litowo-jonowymi. Technologia ta jest lżejsza, bardziej kompaktowa i zapewnia większą pojemność i wydajność niż standardowe baterie niklowo-kadmowe lub niklowo-wodorkowe.

Jest to istotny czynnik w przypadku praktycznych urządzeń, takich jak elektronarzędzia, sprzęt ogrodniczy, odkurzacze i tym podobne - zarówno w naszych domach, jak i w zastosowaniach profesjonalnych. Elektromobilność to kolejny chwytliwy temat. Akumulatory litowo-jonowe mogą być połączone ze sobą, co oznacza, że kilka z nich można połączyć w jeden pakiet energetyczny.

Zapotrzebowanie sprzętów na energię jest coraz większe fot. Kärcher Sp. z o.o.

Technika ta jest stosowana we wszystkich rodzajach pojazdów, od rowerów elektrycznych, skuterów elektrycznych i Segways do samochodów hybrydowych i elektrycznych a także autobusów. Nawet w fotowoltaice akumulatory litowo-jonowe okazały się przydatne do magazynowania energii ze względu na swoje kompaktowe rozmiary, długą żywotność i brak konieczności konserwacji.

Standardowa żywotność w warunkach domowych wynosi 6000 cykli, co daje około 20 lat - mniej więcej tyle samo, co w przypadku systemu fotowoltaicznego.

Baterie litowo-jonowe obecne są w wielu sprzętach marki Karcher, ułatwiając wykonywanie codziennych obowiązków.

Prognozy dotyczące rozwoju baterii

Elektromobilność jest jednym z czynników zwiększających zapotrzebowanie na magazynowanie energii tak bardzo, że technologia ta prawdopodobnie nie będzie w stanie sama sprostać temu zapotrzebowaniu.

Nie wspominając już o takich kwestiach jak wyższa wydajność i krótsze cykle ładowania, które mogą być lepiej rozwiązywane za pomocą innych technologii, mimo że nadal istnieje pewien potencjał rozwoju w zakresie ogniw litowych. Wreszcie, dostępność surowców - przede wszystkim kobaltu i litu - stanie się problematyczna w perspektywie średnioterminowej.

Poszukiwanie alternatywnych rozwiązań jest zatem w toku. Jedną z opcji jest bateria z elektrolitem półprzewodnikowym, która nie zawiera płynów, a jedynie elektrolit półprzewodnikowy jako przewodnik elektryczny. Oczekuje się, że osiągnie ona zasięg co najmniej 500 km dla pojazdów elektrycznych i naładuje się w ciągu zaledwie kilku minut.

Poradnik

Cenisz nasze porady? Możesz otrzymywać najnowsze w każdy czwartek!

Dołącz do naszej listy i odbierz darmowy magazyn ABC Budowania

Cenisz nasze porady? Możesz otrzymywać najnowsze w każdy czwartek!

Zapisz się

Dołącz do naszej listy i odbierz darmowy magazyn ABC Budowania

Obecne badania koncentrują się na materiałach i technikach produkcji. Inną opcją jest akumulator magnezowy, który ma być mocniejszy, tańszy i bezpieczniejszy niż obecne akumulatory litowo-jonowe. Nie wspominając już o tym, że magnez jako surowiec jest tysiąc razy bardziej powszechny niż lit. I jest także ekologiczny, bo łatwiejszy w recyklingu.

Zestaw: szybka ładowarka + bateria 18 V/2.5 Ah fot. Kärcher Sp. z o.o.

Produkcja i recykling baterii litowo-jonowych

Z punktu widzenia zrównoważonego rozwoju, istnieją plusy i minusy technologii litowo-jonowej. Z jednej strony jest ona wykorzystywana do celów takich jak pojazdy elektryczne i magazynowanie energii z systemów fotowoltaicznych - to kluczowe kroki w kierunku bardziej przyjaznej dla środowiska przyszłości.

Z drugiej strony, akumulatory są obecnie używane z bardzo niewielkimi ograniczeniami - nawet buty sportowe mają teraz światełka, a słomki są ozdabiane diodami LED! Jest to sprzeczne z zrównoważonym rozwojem, w kierunku odpowiedzialnego korzystania z zasobów. Recykling jest kolejnym problemem, ponieważ obecne metody są niewystarczające, aby poradzić sobie z dużą liczbą akumulatorów samochodowych na świecie.

Przewiduje się, że wkrótce zabraknie kobaltu i innych materiałów, więc rozwiązania są w trakcie opracowywania. Do odzysku kobaltu, niklu i miedzi można na przykład stosować topienie termiczne. Innym podejściem jest rozdrabnianie wysoce łatwopalnych baterii w atmosferze azotu.

Zestaw: szybka ładowarka + bateria 18 V/5.0 Ah fot. Kärcher Sp. z o.o.

Pozostaje tylko rozdrobniony materiał, z którego możemy odzyskać grafit, mangan, nikiel i kobalt. Bateria może być następnie odtworzona z emisją dwutlenku węgla o 40% niższą niż przy produkcji nowej baterii od podstaw. Istnieje wiele innych wariacji na ten temat, ale cel jest ten sam - oszczędzać energię i ponownie wykorzystywać jak największą ilość surowców.

Program Second Life ma inne podejście, polegające na wykorzystaniu starych baterii do stacjonarnego magazynowania energii. Akumulatory w pojazdach elektrycznych nie działają już wystarczająco dobrze, aby spełnić wymagania dotyczące zasięgu po ośmiu lub dziewięciu latach, więc trzeba je wymienić - ale nadal działają.

Dlatego różni producenci samochodów zamierzają wykorzystywać te akumulatory o zmniejszonej pojemności ładowania w dużym stacjonarnym magazynie energii.

W technice akumulatorowej wiele się dzieje, a podróż w przyszłość będzie przede wszystkim możliwa do opisania jednym przymiotnikiem: ekscytująca!

źródło i zdjęcia: Kärcher Sp. z o.o.