Pasaulyje plačiausiai naudojamas ličio jonų baterijas galime rasti bene kiekviename elektroniniame įtaise: nuo telefonų iki automobilių. Šiuolaikinės baterijos gaminamos taip, kad įrenginiu būtų galima naudotis kuo ilgiau, tačiau ne kiekvienas vartotojas žino kaip šį naudojimosi laiką prailginti. Pasak į KTU atvykusio Guangdžo mokslo ir technologijų instituto (GIST) profesoriaus Hyeong Jin Kim, elektroninius įtaisus svarbu įkrauti energijos lygiui dar nenukritus žemiau 50 procentų.
Pietų Korėjoje gyvenantis profesorius H. J. Kim, kuris specializuojasi ličio jonų baterijų srities tyrimuose, teigia, jog ličio elementai yra apipinti įvairiais mitais. Vienas iš jų – bateriją reikia pilnai iškrauti prieš ją vėl pakraunant.
„Visos ličio jonų baterijos, kartais dar vadinamos antrosiomis baterijomis, taip kaip ir švino-rūgšties akumuliatoriai, nėra vienkartinės ir jas galima pakrauti. Pirmosios pakraunamos baterijos buvo sudarytos iš nikelio ir metalo hidrido ar nikelio ir kadmio ir jas buvo būtina pirmiau iškrauti iki 0 proc. ir tik tada pakrauti – dėl vadinamojo „atminties efekto“. Tačiau ličio jonų baterijos to nereikalauja“, – teigia mokslininkas.
Įvairių išmaniųjų prietaisų gamintojai telefonus, kompiuterius ar kitus įrenginius siūlo laikyti pakrautus bent puse baterijos talpos, mat nuolatinis žemesnis energijos lygis skatina baterijos nusidėvėjimą. Profesorius H. J. Kim šiam teiginiui pritaria ir nurodo, jog siekiant išsaugoti ličio jonų baterijos ilgaamžiškumą, svarbu stebėti energijos lygį dienos eigoje ir neleisti jam nukristi žemiau 20 proc. ribos.
„Energijos lygio kritimas žemiau 20 proc. daro žalą ličio jonų baterijai, ir nors ši žala nėra žymi, ji neigiamai veikia baterijos talpą. Tuomet greičiau pasiekiamas nustatytas baterijos pakrovimų kartų skaičius ir ją tenka keisti“, – sako profesorius.
Mokslininkas, daugiau nei dvidešimt metų dirbęs pasaulyje pirmaujančioje automobilių pramonei skirtų ličio jonų akumuliatorių gamykloje „LG Chem Michigan“ Jungtinėse Amerikos Valstijose, šiai problemai spęsti rekomenduoja elektroninių prietaisų energijos lygį palaikyti 50-100 proc. ribose.
„Įsivaizduokime, jog turime telefoną, kurio baterija gali būti pakraunama iki 100 kartų – kiekvienas iškrovimas nuo 100 proc. iki 0 proc. mažina baterijos talpą 1 proc. Jei kiekvieną kartą prieš pakraudami telefoną jį iškrausime iki 0 proc., po 99 krovimų baterijos talpa bus lygi 1 proc. Tačiau, jei telefoną pakrausime baterijos lygiui nepasiekus 50 proc., baterijos krovimų skaičiaus limitas padidės du kartus – iki 200 kartų“, – paaiškina H. J. Kim.
Įprastų telefonų baterijų talpa po 500 krovimų dažnai sumažėja iki 80 proc., o žymiai didesnės talpos akumuliatoriai naudojami elektromobilių, elektrinių autobusų ir kitų priemonių gamyboje.
„Tikriausiai visi žinome Elono Musko prekinį ženklą „Tesla“, kuris gamina elektromobilius. Jo kompanijos sukurtų elektromobilių baterijų talpa siekia ne mažiau 90 proc. net ir po 1000 krovimų. Nors elektromobiliams skirtos baterijos smarkiai skiriasi nuo telefonams skirtų baterijų ne tik dydžiu, bet ir kitais komponentas, abiem būdingi tie patys elektrocheminiai procesai – jose naudojami ličio jonai“, – primena mokslininkas.
Kalbėdamas apie ličio jonų baterijų ekologiškumą, profesorius pabrėžia, jog lyginant su praeityje gamintomis baterijomis, ličio jonų baterijos yra žymiai ekologiškesnės, tačiau nėra šimtu procentų draugiškos aplinkai.
„Nikelio ir metalo hidrido (NiMH) bei nikelio ir kadmio baterijos (NiCad), naudotos anksčiau, buvo ypač nuodingos, o dabar tam tikrų jų elementų naudojimą gamyboje griežtai reguliuoja Europos Sąjunga. Ličio jonų baterijos gaminimo ciklas susideda iš įvairių metalų iškasimo, gryninimo, oksidacijos, ir, nors šios medžiagos nėra kenksmingos, baterijų gamybos procesas nėra visiškai draugiškas gamtai. Tam tikrų metalų, naudojamų gamyboje, ištekliai yra riboti, o kitų elementų perdirbimas – ne visada įmanomas“, – pastebi į Kauno technologijos universitetą atvykęs akademikas.
Siekiant sumažinti neigiamą ličio jonų baterijų gamybos poveikį aplinkai, pasaulinės draugijos konkrečių skatina medžiagų perdirbimą. Vien ES parlamentas tikisi, kad bus perdirbti 65 proc. visų ličio jonų baterijų iki 2025 metų, o 35 proc. ličio ir 90 proc. nikelio, vario ir kobalto pakartotinai panaudoti elementų gamyboje.
„Šiuo metu pasaulyje yra, sakykime, keletas milijardų telefonų, o kiekviename iš jų – ličio jonų baterijos. Ypač brangios medžiagos, tokios kaip nikelis, kobaltas, litis, naudojamos telefonų baterijų gamyboje, teoriškai gali būti perdirbtos, tačiau praktiškai šis procesas kainuoja labai daug ir ne visada yra vertas tos kainos. Todėl svarbu ieškoti būdų ne tik kaip tobulinti baterijų funkcionalumą, bet ir mažinti jų ekologinį pėdsaką“, – teigia H. J. Kim.
Dėl ribotų naudojamų metalų išteklių, mokslininkai ieško alternatyvų ličio jonų baterijoms. Kol kas atrastų alternatyvų efektyvumas yra mažesnis, tačiau ateityje tikimasi sumažinti šį skirtumą.
„Natrio jonų akumuliatoriai turi potencialo pakeisti ličio jonų baterijas, tačiau kol kas ši inovacija neatitinka iškeltų reikalavimų – natrio jonų baterijų talpa yra mažesnė, jie nėra tokie ilgaamžiai“, – dalijasi profesorius.
KTU besisvečiuojantis profesorius į Lietuvą atvyko Medžiagų mokslo instituto direktoriaus profesoriaus Sigito Tamulevičiaus dėka. Bendradarbiavimą lėmė netikėtas susitikimas užsienyje vykusio renginio metu, o po bene trejų metų Pietų Korėjos mokslininkas atvyko į Kauną čia praleisti vienerius metus tyrinėjant lazerinių technologijų pritaikymą didelio našumo ličio jonų baterijų gamyboje.
„Su S. Tamulevičiumi susipažinome beveik prieš trejus metus Kinijoje vykusios konferencijos metu. Mane labai sudomino profesoriaus mokslinė sritis ir jos taikymai, – prisimena mokslininkas, – todėl atsiradus galimybei atvykti į KTU ir praleisti kūrybines atostogas adaptuojant lazerines technologijas savo mokslo srityje, ja pasinaudojau“.
Integruotų technologijų instituto profesorius žada lankytis ne tik Lietuvoje, bet ir aplinkinėse šalyse bei Lenkijoje esančioje ličio jonų akumuliatorių gamykloje „LG Energy Solution Wrocław”. Nors akademikas dar neturėjo galimybės pamatyti visų žymių Lietuvos vietų, Kaunas jam paliko didelį įspūdį.
„Aš labai džiaugiuosi būdamas Lietuvoje ir galėdamas daugiau sužinoti ne tik apie KTU ir mane dominančią mokslo sritį, bet ir pažinti šalies istoriją, kultūrą, kalbą. Per šiuos metus norėčiau aplankyti ir kitas Baltijos šalis – Latviją ir Estiją“, – planuoja profesorius H. J. Kim.
