Bez wynalazku baterii litowo-jonowych nie byłoby takich smartfonów jak dzisiaj, dronów i samochodów elektrycznych. Królewska Szwedzka Akademia Nauk słusznie nagrodziła w tym roku twórców przełomowego wynalazku: Brytyjczyka M. Stanleya Whittinghama, Amerykanina Johna B. Goodenougha i Japończyka Akirę Yoshino.
Zaczęło się w latach 70. ubiegłego wieku. Kryzys naftowy zmusił świat do poszukiwania alternatywnych źródeł energii – po raz pierwszy wyraźnie zrozumiano, że nie można opierać przyszłości energetyki wyłącznie na paliwach kopalnych. Stanley Whittingham badał wtedy nadprzewodniki i opracował koncepcję pierwszej baterii litowo-jonowej.
Jego wynalazek miał już najważniejsze pozytywne cechy takiej konstrukcji. Istota działania akumulatora litowo-jonowego sprowadza się do przepływu jonów litu pomiędzy anodą a katodą, a nie na reakcjach chemicznych rozkładających elektrody jak we wcześniejszych konstrukcjach baterii. Dlatego akumulatory litowo-jonowe można ładować setki razy, zanim pogorszy się ich jakość. Są też lekkie i wytrzymałe.
Whittingham wymyślił, by wykonać anodę w nowej baterii głównie z litu, a katodę – i to było tu najtrudniejsze – z dwusiarczku tytanu. Taka bateria zaczęła działać, ale miała poważne wady – potencjał nie większy niż 2 V i wysokie koszty budowy. Pierwszy krok został jednak wykonany.
Baterie litowo-jonowe – wyższe napięcie i mniejsza cena
Kilka lat później nad baterią litowo-jonową pochylił się i to z sukcesem John Goodenough. W 1980 roku po systematycznych poszukiwaniach zamienił katodę z dwusiarczku tytanu na wykonaną z tlenku kobaltu. To spowodowało, że cena konstrukcji spadła i, co jeszcze ważniejsze, wzrósł potencjał akumulatora z 2 do 4 V.
Ale do rynkowego debiutu była jeszcze dość daleka droga – baterie nadal były drogie. I tu do pracy zabrał sę Akira Yoshino. W 1985 r. stworzył pierwszą komercyjnie opłacalną baterię litowo-jonową – najważniejsze w tej konstrukcji było zastosowanie w anodzie zamiast reaktywnego litu koksu naftowego – to materiał węglowy.
Ten wynalazek na warsztat wzięło Sony i wprowadziło na rynek w 1991 roku pierwsze baterie litowo-jonowe oparte na pomyśle Yoshino. Rok później pojawiła się pierwsza konkurencja – baterie A&T Battery, spółki joint venture Asahi Kasei i Toshiby.
Baterie litowo-jonowe to rewolucja
Nie ma żadnej przesady w stwierdzeniu, że wynalazek tegorocznych Noblistów rozpoczął kolejny ważny etap rewolucji technologicznej – tym razem związanej z rozwojem urządzeń przenośnych, telekomunikacji, energetyki i elektromobilności.
Dzięki bateriom litowo-jonowym mamy smartfony, tablety i smartwatche, które ładujemy tylko raz na dobę lub jeszcze rzadziej. Dzięki tym bateriom wchodzimy w erę samochodów elektrycznych o rozsądnym zasięgu.
Dzięki przełomowym akumulatorem mamy też drony i budowane są coraz większe magazyny energii – te idealnie współgrają z odnawialnymi źródłami energii (farmami wiatrowymi i instalacjami fotowoltaicznymi) i zapowiadają dość szybki koniec energetyki opartej na spalaniu paliw kopalnych.
Baterie litowo-jonowe – ale czy nie zabraknie nam litu?
Co oczywiste do produkcji baterii litowo-jonowych potrzeba dużo litu – w wypadku raczej małego ogniwa o pojemności 20 kWh do samochodów elektrycznych potrzeba go np. około 3 kg.
W związku z tym zapotrzebowanie lit rośnie – w końcu samochody elektryczne dopiero zaczynają wjeżdżać do salonów i na ulice. Światowe zużycie litu – w postaci węglanu litu – w 2017 r. wynosiło 211 tys. ton. W ubiegłym roku wzrosło o niemal jedną czwartą, a do roku 2025 może wzrosnąć do około 850 tys. ton. Mimo tego raczej go nie zabraknie.
Lit jest wydobywany na większą skalę w kilku miejscach – najwięcej w Australii , gdzie od 2017 roku do połowy tego roku powstało sześć nowych kopalń. Poza tym lit wydobywa Chile, Argentyna, Chiny, Zimbabwe i USA. Obiecujące są też złoża w Boliwii. Cenny metal chcą też wydobywać Czechy i Serbia. Mówi się też o dużych jego złożach w Afganistanie.
Foto: Mudassar Iqbal from Pixabay.
Czytaj więcej: Smart Battery Case – etui z baterią do nowych iPhone’ów. Pomysłowy gadżet od Apple’a.
Czytaj więcej: Toyota Prius Plug-In z lepszymi bateriami słonecznymi na dachu. Nie trzeba jej już doładowywać z gniazdka.
czy autor zechciałby wytłumaczyć ten fragment tekstu:
najważniejsze w tej konstrukcji było zastosowanie w anodzie zamiast reaktywnego litu koksu naftowego – to materiał węglowy.
Najkrócej mówiąc, w budowie baterii litowo-jonowej gra toczy się o to, by znaleźć taki materiał na elektrolit oraz anodę i katodę, które zagwarantują jak największy przepływ jonów litu, nie powodując przy tym uszkodzenia anody lub katody. I takie materiały właśnie znaleziono… A co to jest koks naftowy? 🙂 Tutaj więcej: https://www.resorbent.pl/kalc-koks-naftowy