Visi nešiojami elektriniai prietaisai veikia reikiamu metu ir mums patogioje vietoje – energiją jie gauna iš baterijų, kurias tereikia pakrauti prijungus prie elektros tinklo. Tačiau platus ličio baterijų naudojimas jau dabar stipriai mažina ličio išteklius pasaulyje. Skaičiuojama, kad vien pagaminus milijardą elektromobilių su 60 kWh baterija, bus sunaudota apie 50 proc. visų ličio išteklių.
Šiandien turbūt nei vienas iš mūsų neįsivaizduojame savo kasdienybės be daugelio išmaniųjų įrenginių. Visi nešiojami elektriniai prietaisai veikia reikiamu metu ir mums patogioje vietoje – energiją jie gauna iš baterijų, kurias tereikia pakrauti prijungus prie elektros tinklo. Tačiau platus ličio baterijų naudojimas jau dabar stipriai mažina ličio išteklius pasaulyje. Skaičiuojama, kad vien pagaminus milijardą elektromobilių su 60 kWh baterija, bus sunaudota apie 50 proc. visų ličio išteklių.
Asociatyvi „Pixabay“ nuotr.
Į šiuos skaičiavimus neįtrauktas sunkusis transportas, kuriam reikėtų bent 10 kartų galingesnės baterijos, o tai reiškia – ir didesnio ličio kiekio. Todėl nors kol kas ličio ištekliai dar pakankami, situacija greitai gali pasikeisti.
Viena iš išeičių, norint išsaugoti pakankamus ličio išteklius – panaudotų ličio baterijų perdirbimas. Dėl ličio elemento savybių šis procesas pakankamai nesudėtingas ir nebrangus. Visgi kol kas nejaučiant ličio išteklių stygiaus, šiuo metu perdirbama tik apie 1 proc. ličio baterijų.
Tačiau pasaulio mokslininkų kuriamos naujos kartos metalo-oro, bio-elektrinės, putų, grafeno ir aukso nanodalelių baterijos ateityje efektyvumu nenusileis ličio baterijoms. Tai leistų sumažinti ličio poreikį.
Baterijos ilgai aprūpina energija, tačiau turi ir trūkumų
Elektrinių baterijų istorija prasideda dar XIX amžiaus pradžioje. Tiesa, pirmosios baterijos buvo labiau panašios į nešiojamą senovinį žibintą, o dabartinį mums puikiai žinomą pavidalą jos įgavo XX amžiaus viduryje.
Turbūt didžiausią proveržį baterijų istorijoje padarė ličio jonų baterijos sukonstravimas. Stabilumu, dideliu energijos kiekiu bei nekenksmingumu aplinkai išsiskiriančios ličio baterijos dabar naudojamos ne tik mobiliuosiuose įrenginiuose, buities prietaisuose, bet ir elektromobiliuose. Vis dėlto, toks platus jų naudojimas sparčiai mažina ličio išteklius pasaulyje.
Baterijos gali ilgą laiką aprūpinti prietaisą elektros energija, tačiau negali generuoti pradinio didelės galios impulso. Todėl, pavyzdžiui, vien baterijomis aprūpintas automobilis negalės greitai išvystyti norimo greičio.
Šis baterijų trūkumas yra išsprendžiamas kartu sumontuojant naujos kartos energijos kaupiklius – superkondensatorius. Šių įrenginių, kaip ir baterijų, veikimas yra pagrįstas vykstančiomis cheminėmis reakcijomis, tačiau jo veikimui naudojamos medžiagos, kurios gali labai greitai įsikrauti ir išsikrauti, sunaudojant bei atlaisvinant energiją.
Baterijų ir superkondensatorių veikimą būtų galima iliustruoti pavyzdžiu. Tarkime, turime buteliuką ir puodelį, į kuriuos įpiltas tas pats skysčio kiekis. Jei maksimaliai paversime juos abu vienu metu, tas pats vandens kiekis iš buteliuko bėgs žymiai ilgiau, bet po nedaug, tuo tarpu iš puodelio išbėgs vienas didelis skysčio pliūpsnis. Taip ir su energijos kaupikliais – baterijos tiekia energiją žymiai ilgiau, tačiau superkondensatoriai gali greitai suteikti daug energijos. Dėl šios savybės jie jau dabar naudojami tokiuose įrenginiuose kaip fotoaparatų blykstės, kompiuteriai bei elektrinis transportas.
KTU mokslininkai kuria naujas medžiagas
Didžiosios elektromobilius gaminančios įmonės montuoja superkondensatorius kartu su ličio baterijomis, kad šie stabdymo metu išsiskiriančią energiją sunaudotų įsikrovimui, o vėliau tą energiją didele galia tiektų automobiliui pajudant. Tokiu būdu superkondensatoriai leidžia sujungti aplinką tausojančias ir komfortą suteikiančias technologijas. Jiems pagaminti gali būti naudojamos efektyvios, tačiau pigios bei plačiai paplitusios medžiagos.
Kauno technologijos universiteto (KTU) Cheminės technologijos fakulteto mokslininkai savo laboratorijose kuria ir išbando įvairius anglies ir puslaidininkių (geležies, nikelio, kobalto, vario) kompozitus. Tokios medžiagos pasirinktos neatsitiktinai. Įvairūs anglies dariniai, pvz. grafito veltinis ar anglies nanovamzdeliai, yra ne tik puikus didelio paviršiaus ploto pagrindas aktyvių medžiagų sluoksniams formuoti, tačiau ir patys dalyvauja elektrinio krūvio kaupimo procesuose suformuodami vadinamąjį „dvigubąjį elektrinį sluoksnį“. Tokių medžiagų efektyvumą siekiama padidinti juos padengiant plonasluoksnėmis mišriomis puslaidininkių dangomis, kurios elektros krūvį sukaupia/atiduoda ant jų paviršiaus vykstančių elektrocheminių reakcijų metu. Sujungiant anglies darinių ir puslaidininkių savybes, gaunami ne tik efektyvūs, tačiau ir pigūs, ilgaamžiai bei nedideli superkondensatoriai. KTU mokslininkų pasiekti rezultatai ne kartą publikuoti tarptautiniuose moksliniuose žurnaluose bei pristatyti tarptautinėse konferencijose.
Dr. Ieva Barauskienė, KTU Cheminės technologijos fakulteto Fizikinės ir neorganinės chemijos katedros mokslo darbuotoja
