Pogled v prihodnost mobilnega shranjevanja energije

Globalna zgodba o uspehu raziskav:
zmaga litij-ionske baterije

Skozi zgodovino so se pojavljale tehnologije, ki močno vplivajo na človeško življenje – litij-ionska baterija je ena izmed njih. Začetni gonilnik te tehnologije je izhajal iz elektronskih naprav za zabavo iz sedemdesetih let prejšnjega stoletja, ko se je začelo iskanje alternative baterijam za enkratno uporabo, ki se uporabljajo v Walkmanih in podobnih. Hitro je bilo ugotovljeno, da imajo litij-ionske baterije velik potencial, saj imajo visoko energijsko gostoto, kompaktne velikosti in niso občutljive na spominski učinek. Vendar so bile težave: bile so zelo vnetljive in nagnjene k kratkim stikom v celici. Znanstveniki so se morali ukvarjati s temi problemi in do neke mere to še vedno počnejo. Odločilni preboj se je zgodil v obliki raziskav Johna B Goodenougha (ZDA), M. Stanleyja Whittinghama (Združeno kraljestvo) in Akire Yoshina (Japonska), ki so leta 2019 prejeli Nobelovo nagrado za kemijo. Prve litij-ionske baterije za ponovno polnjenje so bile izdelane leta 1983, na trg pa jih je dal Sony leta 1991. Od takrat so neustavljive, kar potrjuje statistika: leta 2019 je bil svetovni trg vreden cca. 40 milijard evrov. Ta naj bi do leta 2022 naraslo na 60 milijard evrov.

Od glasbe do mobilnosti do industrijskega čiščenja:
baterije izboljšujejo sisteme na različnih krajih.

Razmislite o svojem mobilnem telefonu, digitalnem fotoaparatu, prenosnem računalniku ali svetilki: komaj obstaja kakšen elektronski pripomoček, ki danes ne deluje na litij-ionske baterije. Ta tehnologija je lažja, manjša in zagotavlja večjo zmogljivost kot standardne nikelj-kadmijeve ali nikelj-kovinsko-hidridne baterije. To je pomemben dejavnik za praktične naprave, kot so električna orodja, vrtna oprema, sesalniki in podobno – tako v domačem kot komercialnem okolju. Litij-ionske baterije je mogoče medsebojno povezati, kar pomeni, da jih je mogoče več povezati skupaj, da tvorijo napajalni paket. Ta tehnika se uporablja v vseh vrstah vozil, od električnih koles, električnih skuterjev in Segwayjev do hibridnih in električnih avtomobilov ter avtobusov. Tudi pri fotovoltaiki so se litij-ionske baterije izkazale za uporabne pri shranjevanju energije zaradi svoje kompaktne velikosti, dolge življenjske dobe in pomanjkanja zahtev za vzdrževanje. Domača življenjska doba 6000 ciklov je standardna, kar pomeni približno 20 let – približno enako kot fotovoltaični sistem.

Danes: litijevi ioni. Jutri…?
Kam gremo?

Litij-ionska tehnologija je danes povsod in je na nekaterih področjih omogočila trajnostne rešitve. Vendar pa je elektromobilnost eden od gonilnih dejavnikov, ki povečuje povpraševanje po shranjevanju energije tako dramatično, da ta tehnologija verjetno ne bo mogla zadovoljiti obsega povpraševanj sama. Da ne omenjamo težav, kot so večja zmogljivost in krajši cikli polnjenja, ki jih je mogoče bolje rešiti z drugimi tehnologijami, čeprav še vedno obstaja nekaj možnosti za razvoj v litij-ionskih celicah. Končno, razpoložljivost surovin – predvsem kobalta in litija – bo srednjeročno problematična.

Iskanje alternativ je torej v polnem teku. Ena od možnosti je baterija s polprevodniškim elektrolitom, ki ne vsebuje tekočine, le polprevodniški elektrolit kot električni prevodnik. Za električna vozila naj bi dosegel vsaj 500 km dosega in se napolnil v le nekaj minutah. Druga možnost je magnezijeva baterija, ki naj bi bila močnejša, cenejša in varnejša od trenutnih litij-ionskih baterij. Magnezij je kot surovina tisočkrat pogostejša od litija, tudi lažje ga je reciklirati.

Ali potrebujemo baterije povsod?
Trajnost in možnosti recikliranja.

Z vidika trajnosti obstajajo prednosti in slabosti litij-ionske tehnologije. Po eni strani se uporablja za namene, kot so električna vozila in shranjevanje energije za fotovoltaične sisteme – ključni koraki k okolju prijaznejši prihodnosti. Po drugi strani pa se baterije trenutno uporabljajo z zelo malo omejitvami – celo športne copate in jopice imajo zdaj luči, slamice pa so okrašene z LED diodami! To je v nasprotju z našim napredkom pri odgovorni rabi virov. Recikliranje je še en problem, saj trenutne metode ne zadoščajo za obvladovanje velikega števila akumulatorjev v vozilih.

Predvideva se, da bo kobalta in drugih materialov kmalu primanjkovalo, zato so rešitve v delu. Toplotno taljenje se na primer lahko uporablja za pridobivanje kobalta, niklja in bakra. Drug pristop je drobljenje zelo vnetljivih baterij v atmosferi dušika, ostane pa zdrobljen material, iz katerega lahko recikliramo grafit, mangan, nikelj in kobalt. Baterijo je nato mogoče reproducirati z ogljičnim odtisom, ki je 40 % manjši kot pri izdelavi nove baterije iz nič. Obstaja veliko drugih različic, vendar je cilj isti – prihraniti energijo in ponovno uporabiti največji možni delež surovin.

Shema Second Life ima drugačen pristop, saj uporablja stare baterije za stacionarno shranjevanje energije. Baterije v električnih vozilih po osmih ali devetih letih ne delujejo več dovolj dobro, da bi izpolnjevale zahteve glede dosega, zato jih je treba zamenjati – vendar še vedno delujejo. Različni proizvajalci avtomobilov zato nameravajo te baterije z zmanjšano zmogljivostjo polnjenja uporabljati v velikem stacionarnem hranilniku energije.

V tehnologiji baterij se veliko dogaja in potovanje v prihodnost bo še posebej: vznemirljivo.

KÄRCHER IN BATERIJSKA TEHNOLOGIJA:

Štiri vprašanja za dr. Jana Beckerja, vodjo našega Modulnega centra za sisteme za shranjevanje energije

Kdaj je Kärcher prvič na trg predstavil naprave na baterije?

Izdelke z baterijami imamo v našem portfelju že več kot 30 let – in ponujajo vse običajne prednosti. Vedno smo se spraševali, kje je njihova uporaba najbolj smiselna za naše stranke in kako pristopiti k tehničnim izzivom.

S Kärcher Battery Universe predstavljate dve novi platformi za baterije. Kaj je bil poudarek pri razvoju teh?

Upoštevati je bilo treba več pomembnih dejavnikov – vključno s povečano zmogljivostjo in časom delovanja ter natančnim zaslonom, ki prikazuje čas polnjenja in preostali čas delovanja do minute. Na voljo imamo 18 V in 36 V baterije različnih kapacitet. Vse baterije v napetostnem razredu ustrezajo vsaki napravi.

Kateri izdelki bodo na voljo?

V ponudbi Home & Garden so novi baterijski izdelki na trgu od pomladi 2019. Asortiman obsega visokotlačne čistilnike, sesalnike za suho in mokro sesanje ter različna vrtnarska orodja. Naša ponudba Professional bo predstavljena leta 2020 in vključuje sesalnike za suho in mokro sesanje ter profesionalna orodja za vzdrževanje zelenih površin. Smo prvo podjetje na svetu, ki je lansiralo visokotlačni čistilnik na baterije za komercialno uporabo.

Litij-ionske baterije bodo še nekaj časa na voljo, vendar so naslednje tehnologije že v začetnih blokih. Kakšen je Kärcherjev odziv?

Naše platforme so zasnovane tako, da lahko nove celične tehnologije enostavno vgradimo v naš vmesnik. To je pomemben način, da lahko našim strankam ponudimo rešitve, ki so primerne na prihodnost.

Morda vas bo zanimalo tudi: