Как да изградим по-добра батерия?

Когато потребителските литиево-йонни батерии дебютират през 90-те години на миналия век, те правят революция: презареждат се за няколко часа или по-малко и се налагат в електрониката, превръщайки се в сърцето на съвременните компютри и телефони. Но три десетилетия по-късно тази технология трябва да бъде сериозно надградена, тъй като суровата реалност на изменението на климата означава, че литиево-йонните батерии не само трябва да захранват нашите устройства, но и нашите автомобили. Последното е голямо предизвикателство, пише Vox.

Литиево-йонните батерии се превърнаха в основната форма за съхранение на енергия, тъй като имат изключително висока енергийна плътност, което означава, че могат да съхраняват много енергия в сравнително малък обем. Литият е най-лекият метал в периодичната таблица, което прави литиево-йонните батерии изключително лесно преносими. 

Има големя вероятност тази технология да е достигнала своя лимит по отношение на капацитета за съхранение на енергия. Това е едно от най-големите притеснения в индустрията и сред потребителите, тъй като по-големият капацитет гарантира и по-голям пробег.

Батериите също заемат огромно количество място в колите, което означава, че не можем просто да добавим още батерии, за да увеличим пробега.

Така че, ако искаме тази електромобилна революция да успее, технологията за батериите трябва да се подобри.

Особено голям проблем е и рискът от възпламеняване на батерията. Наскоро Chevrolet беше принудена да започне сервизна акция, обхващаща всички продадени автомобили Bolt, поради риск от пожар. Литиево-йонните батерии в автомобилите днес също биха могли да се възползват от нови базови компоненти. В момента те се произвеждат от оскъдни метали, като кобалт и никел, които стават все по-скъпи. Недостигът на тези суровини в крайна сметка може да забави налагането на електромобилите.

Робърт Скариндж, главен изпълнителен директор на Rivian, наскоро предупреди, че светът произвежда по-малко от 10 процента батерийните клетки, които ще са необходими след десетилетие.

Надпреварата за справяне с тези проблеми се нажежава. Индустриални лидери като Contemporary Amperex Technology Co (CATL) и LG Energy Solution преосмислят химията на батериите, за да оптимизират своите продукти. Междувременно Ford и General Motors инвестират в нови разработки, надявайки се да се сдобият с технологично предимство пред лидера при електромобилите Tesla.

Дори правителствата се намесват: през март президентът на САЩ Джо Байдън се позова на Закона за военно производство от 1950 г., който позволява на държавния глава да стимулира вътрешното производство на определени продукти при извънредни ситуации – за да увеличи доставките в страната на редкоземни метали, използвани при електромобилите.

Всичко това е хубаво, но времето е от особено значение. Изменението на климата се ускорява и всяка нова кола с двигател с вътрешно горене увеличава рисковете от климатични катаклизми.

Технологията

Електромобилите не се захранват от една голяма батерия, а по-скоро от хиляди по-малки клетки. Всяка клетка има четири ключови компонента, които я съставляват: анод, катод, сепаратор и електролит, който обикновено е течен. При захранване на голямо устройство като автомобил поток от йони се движи от анода към катода през електролита, освобождавайки излишните електрони по пътя и произвеждайки електричество. При зареждането на батерията се случва обратното: електроните се вливат в батерията, а йоните се връщат от катода към анода, създавайки потенциална енергия, която батерията може по-късно да отдаде.

батерии1

В случая с литиево-йонните батерии, тези йони, естествено, са литиеви йони. Японската корпорация Sony пуска на пазара първата в историята литиево-йонна батерия за захранване на една от своите видеокамери, като технологията скоро става изключително популярна сред потребителската електроника. Именно поради тази популярност автопроизводителите се насочиха към същото литиево решение, за да захранват електромобилите.  За да направят това, те обикновено опаковат десетки литиево-йонни клетки в по-големи пакети, наречени модули. След това тези модули се сглобяват в още по-голям комплект, който се инсталира в превозното средство.

Литиево-йонните батерии обаче не са идеални за електромобилите. Отвъд малко вероятния, но реален риск от възпламеняване, средното електрическо превозно средство предлага пробег от около 400 км.

Употребата на литий също е съпроводена от проблеми. Добивът на метала не е особено екологичен, а в момента светът не разполага с достатъчно производствен капацитет, за да покрие цялостното търсене.

Съществуват и опасения относно добива на други метали, които обикновено се използват в литиево-йонните батерии, а именно кобалта, който се добива основно в Демократична република Конго, където често се използва детски труд.