Innehåll
- Det första problemet med litium: Volatilitet
- Det andra problemet med litium: sällsynthet
- Potentialen för natriumjonbatterier
- Referenser och resurser
Chris är ingenjör, tänkare och filosof som tycker om att utforska futuristiska idéer och teknik.
Vårt moderna samhälle har blivit starkt beroende av litiumjonbatterier för nästan alla typer av mobil eller bärbar teknik. Litiumjonbatterier kan ses i allt från klockor och smartphones till elbilar och till och med rökdetektorer. Det finns dock ett antal problem med denna teknik och tyvärr är litiumjonceller inte lika effektiva som vi skulle vilja ha dem.
Forskare och forskare arbetar hårt för att hitta en ersättning för denna gamla teknik, men att hitta något som är säkert, billigt och kommersiellt livskraftigt i stor skala är utmanande. Så vad är problemet med litiumjonbatterier och kommer natriumjonbatterier så småningom att ersätta dem?
Det första problemet med litium: Volatilitet
Litium är ett mycket reaktivt och mycket brandfarligt element. Det kan göra arbete med litium farligt. I sin naturliga form kan litiumavlagringar vara ganska godartade. Men när litiumet har förfinats till en form som kan göras till ett användbart batteri, är det i ett mycket reaktivt tillstånd. Från arbetarna som bearbetar litium till ett användbart material till de människor som faktiskt producerar batterierna, finns det alltid en risk involverad i processen. I synnerhet verkar det typiska litiumjonbatteriet ha en märkbart lägre tillförlitlighet eftersom det har funnits hundratals, om inte tusentals exempel på att dessa batterier exploderar eller tar eld.
2016 hade Samsung ett välkänt problem med litiumjonbatterierna i sina flaggskeppstelefoner som just hade kommit ut vid den tiden. Medierna såväl som Internet översvämmade med berättelser om exploderande telefoner och surfplattor (Swider, 2017). Man fick till och med eld på ett flygplan! Ungefär samtidigt som detta pågick inträffade ett liknande batteriproblem med hoverboards. Dessa fad-enheter började oväntat explodera och ta eld på grund av ett problem med litiumjonbatteritekniken (Molina, 2017).
Sedan dess har elektroniktillverkare försökt bygga felsäkringar i sina enheter samtidigt som de arbetar för att förbättra batteriets tillförlitlighet. Litiumjonbatterier är dock fortfarande potentiellt farliga, vilket kan göra transport eller transport svår.
Det andra problemet med litium: sällsynthet
Få litiumreserver är kända för att existera runt om i världen. Mest litium koncentreras i endast fyra länder, där Chile är världens främsta producent av detta eftertraktade material. Chile har över hälften av världens kända litiumreserver (Home, 2018).
På grund av materialets sällsynthet finns det många potentiella konsekvenser för den globala ekonomin, miljön och de länder som köper och säljer litium. Till exempel sker mest litiumproduktion genom att pumpa salt saltlösning från underjordiska reservoarer i stora sjöar där vattnet kan avdunsta. Detta lämnar högkoncentrerade litiumavlagringar (Bell, 2018) som kan bearbetas vidare till ett tillstånd som kan användas för batteriproduktion.
För att förbättra avdunstningshastigheterna (och därmed litiumproduktionen) måste de konstruerade avdunstningsdammarna vara mycket stora så att saltlösningen kan spridas för att skapa den största yta som är möjligt. Litium kan också utvinnas från en mängd olika mineral- och leravlagringar som extraheras med mer traditionella gruvtekniker (Pennell, 2018). I båda fallen kan den potentiella miljöpåverkan vara betydande.
En annan sak att tänka på är att bristen på naturresurser är en av de främsta orsakerna till krig och konflikt. Om ett land har ett överflöd av material som alla andra behöver, kan det skapa spänning bland nationerna. När vårt beroende av litium ökar, kommer också potentialen för globala konflikter att öka (Mellow, 2018). Dessutom, när du har hela ekonomier som är beroende av en enstaka produkt för att upprätthålla sig själv, är det en betydande risk att landets långsiktiga stabilitet är i fara.
Kommer litium att bli framtidens petroleum? Om ingenting förändras kan det. Bara under 2015 tredubblades det globala priset på litium på grund av den ökande aptiten för detta viktiga material. Detta förväntas öka ännu mer när efterfrågan ökar.
Potentialen för natriumjonbatterier
Medan litium är sällsynt är natrium mycket vanligt. I själva verket är natrium det fjärde mest förekommande materialet på jorden, och det är mycket lätt att få. Detta skulle göra brytning och inköp av råvaror till ett natriumjonbatteri mycket billigt.
Utmaningen är dock att hitta ett sätt att göra ett natriumjonbatteri som är både pålitligt och enkelt att tillverka. Natrium är ett mycket reaktivt material (mer än litium), och även en liten exponering för luft kan orsaka att det bryts ned vilket gör det svårt att tillverka ett natriumjonbatteri (University of Wollongong, 2018). Specialiserade maskiner och mycket snäva kvalitetskontroller behövs för att skapa ett bra, långvarigt natriumjonbatteri. Dessutom vill forskare fortfarande förbättra processen för att tillverka dessa batterier. Ett av deras mål är att optimera batteriets kemiska sammansättning, vilket skulle leda till förbättrad elektrisk effekt.
I en natriumjonprototyp utvecklad vid Stanford University är katoden gjord av en kombination av natrium, syre och kol medan anoden består av fosfor (Turner, 2018). Dessa material kan erhållas ganska enkelt från en mängd olika organiska material. Detta gör skördematerial relativt enkelt och billigt.
Dessutom använder vissa natriumjonbatteriprototyper något som kallas "hårt kol" istället för fosfor för en anod. Hårt kol kan skapas ganska billigt genom att bearbeta biomassa med ett högt kolinnehåll. I båda fallen beror effektiviteten och prestandan för denna typ av batteri på anoden. Det är här forskarna tillbringar större delen av sin tid med att försöka göra förbättringar av denna teknik.
Om ett tillförlitligt batteri kan tillverkas av detta material kan det revolutionera batteriindustrin, särskilt för kraftverk, elfordon och storskaliga batterianläggningar. Men du kommer förmodligen inte se någon ersättning för batterierna i din telefon när som helst snart. Den lägre energitätheten hos natrium innebär att ett relativt större batteri behövs för att ge samma mängd energi som ett liknande litiumjonbatteri.
I slutändan behövs mycket arbete för att göra Sodium till en livskraftig ersättning för litium i en global, kommersiell skala. Om den nuvarande tekniken skulle kommersialiseras förväntas konsumenterna bara se en minskning av batterikostnaderna med 5-10% för sin mobila teknik. Detta beror både på de mer komplicerade tillverkningsprocesserna och på de större storlekarna på batterierna som skulle behövas för att ge motsvarande energiproduktion (Hellemans, 2017). I vilket fall som helst fortsätter forskningen om natriumbatterier, och det är möjligt att vi bara är en paus från att hitta en hållbar ersättning för litiumjonbatterier.
Referenser och resurser
- Bell, Terence. "En översikt över kommersiell litiumproduktion." Balansen. 11 maj 2018. https://www.thebalance.com/lithium-production-2340123>
- Hellemans, Alexander. "Hur länge innan natriumbatterier är värda saltet?" IEEE-spektrum. 15 december 2017. https://spectrum.ieee.org/energywise/at-work/innovation/how-long-before-sodium-batteries-are-worth-their-salt>
- Hemma, Andy. "Kommentar: Varför Tesla vänder sig till Chile för sitt litium." Reuters. 7 februari 2018. https://www.reuters.com/article/us-lithium-supply-ahome/commentary-why-tesla-is-turning-to-chile-for-its-lithium-idUKKBN1FR2A1>
- Mellow, Craig. "Chile försöker förbättra sin litiumproduktion." Barron's. 10 mars 2018. https://www.barrons.com/articles/chile-seeks-to-rev-up-its-lithium-production-1520647972>
- Molina, Brett. "Hoverboards återkallade för brand- och explosionsrisker - igen." USA idag. 15 november 2017. https://www.usatoday.com/story/tech/talkingtech/2017/11/15/hoverboards-recalled-fire-and-explosion-risks-again/865643001/>
- Pennel, Kyle. "Hur fungerar litiumbrytning?" Ta CAD-blogg. 20 februari 2018. https://blog.grabcad.com/blog/2018/02/20/how-does-lithium-mining-work/>
- Swider, Matt. "Här är varför Samsung Galaxy Note 7-batterierna tändes och exploderade." Tech Radar. 23 januari 2017, https://www.techradar.com/news/samsung-galaxy-note-7-battery-fires-heres-why-they-exploded>
- Turner, Julian. "Är natriumjonbatterier värda sitt salt?" Kraftteknik. 21 maj 2018. https://www.power-technology.com/features/sodium-ion-batteries-worth-salt/>
- University of Wollongong. "Sodium-ion-batterier förpackar ett slag. Phys.org. 5 april 2018. https://phys.org/news/2018-04-sodium-ion-battery.html>
Den här artikeln är korrekt och sant så vitt författaren vet. Innehållet är endast av informations- eller underhållningssyfte och ersätter inte personlig rådgivning eller professionell rådgivning i affärsmässiga, ekonomiska, juridiska eller tekniska frågor.
