Появившиеся в 1990-е годы литий-ионные аккумуляторы способствовали развитию портативной техники: ноутбуков, смартфонов и прочих гаджетов. При безусловных плюсах аккумуляторов есть у них и серьезные недостатки. Лития в природе не так и много, его дорого добывать, а производство, равно как и утилизация литий-ионных аккумуляторов вредны для экологии. И хотя литий сложно заменить, попытки сделать это продолжаются.
Из чего состоит современный аккумулятор?
В 1991 году японец Акира Ёсино, основываясь на работах Джона Гуденафа и Стэнли Уиттингема, создал аккумулятор из графита и кобальтита лития. Впоследствии литий-ионные аккумуляторы разделились на несколько типов в зависимости от химического состава – добавления никеля, титана, железа.
Чем пытаются заменить литий?
Алюминием. Ученые из Стэнфорда даже объявили о создании нового типа аккумуляторов, который выдерживал 7 тысяч циклов зарядки.
Алюминий-ионные аккумуляторы существовали и до разработки из Стэнфорда, но они были еще более небезопасны для окружающей среды, да и быстро теряли возможность перезарядки.
К тому же Стэнфордский аккумулятор использовал не трехзарядный катион алюминия Al3+, который вполне способен «нести» заряда в три раза больше, чем однозарядный литий. Он использовал тяжелую однозарядную частицу AlCl4–, что означало невеликую емкость батареи.
Литий пытались заменить двухзарядным магнием, но ему в пару не могут найти эффективный катод.
Есть определенная надежда на ванадиевые проточные аккумуляторы. Достоинством таких батарей является надежность, но, как поясняют ученые, их КПД ниже, чем у литиевых. Да и система из сернокислого раствора солей ванадия должна быть постоянно статичной. Плюс ванадий сам по себе недешевый металл.
Так можно ли заменить литий-ионные аккумуляторы?
Многие ученые убеждены в том, что литий-ионные аккумуляторы будут доминировать на рынках, где важно сочетание энергоемкости и миниатюрности, то есть в гаджетах вроде смартфонов.
А вот для электромобилей и, скажем больше, электростанций натриевые аккумуляторы могут потеснить литиевые.
Натриевый аккумулятор очень близок к энергетическим характеристикам литиевого аккумулятора, но натрий стоит в десятки раз дешевле лития.
Правда, для энергоемкости литий-ионной батареи, батарея на натрии должны быть на 30-50 процентов больше. Но там, где размер не столь важен, натрий-ионные батареи могут оказаться настоящим прорывом.
Экологичная переработка
Пока одни ищут замену литий-ионным аккумуляторам, другие пытаются наладить их утилизацию.
Переработка литиевых батарей пока находится «в спячке», рынок не так уж велик. Причин этому много, но все они сводятся к тому, что производители обычно не учитывают необходимость переработки аккумуляторов на этапе проектирования – утилизаторы как-нибудь разберутся сами
При этом литиевые аккумуляторы имеют разные химические составы и формы, а глобальных стандартов маркировки нет. Поэтому во время переработки всегда есть перекрестного загрязнения.
Архитектура аккумуляторных блоков в электрокарах также не способствует эффективной утилизации. Чем больше у такого блока элементов, тем сложнее и более дорогостоящим становится его полный демонтаж. А такие процессы невыгодны переработчикам.
Литиевые АКБ, преимущественно простой архитектуры, утилизируют через измельчение и кислотную обработку фракции или через расплавление.
