Ona su srce moderne tehnologije i litij-ionske baterije su promijenile našu sposobnost da pohranjujemo i prenosimo energiju s nama, a to je donijelo i revoluciju u uređajima koje koristimo. Međutim, te baterije s vremenom mogu pohranjivati sve manje energije, a njihove performanse opadaju i s jako hladnim i toplim vremenom. Postoje i brige zbog sigurnosti jer se u određenim uvjetima mogu zapaliti ili eksplodirati. Uz to, rudarenje za materijalima potrebnim za njihovu proizvodnju dolazi uz visoku cijenu po okoliš.
POGLEDAJTE VIDEO (kralj reciklaže u Virovitici):
Znanstvenici stoga pokušavaju pronaći nove načine na koje možemo pohranjivati energiju.
Regija "Litijski trokut" u Andama, koja uključuje dijelove Argentine, Bolivije i Čilea, sadrži nešto više od polovice svjetskih prirodnih resursa tog metala. No njegovo rudarenje zahtjeva puno vode. U čileanskoj regiji Salar de Atacama, u procesu rudarenja koristi se oko milijun litara vode za proizvodnju samo 900 kilograma litija. Postupak uključuje pročišćavanje soli bogatih metalom postupnim otapanjem u vodi, filtriranjem i potom isparavanjem slane otopine dok se ne dobije čista litijeva sol. Međutim, ekološka tijela kojima upravlja čileanska vlada upozorila su da se za eksploataciju metala - uglavnom litija i bakra - u regiji troši više vode nego što je zamijenjeno snijegom i oborinama.
Kako bi prevladali taj problem, istraživači pokušavaju pronaći materijale koji bi zamijenili litij pa eksperimentiraju s kalcijem i magnezijem pa čak i drvom. Sva ta istraživanja obećavaju, ali još su u povojima i ne možemo očekivati njihovu primjenu tako skoro.
Osim litija, u baterijama je problem i kobalt. On se rudari po visoku cijenu za zdravlje svih onih koji žive u blizini rudnika i šteti okolišu. Također, ne ide u prolog ni činjenica da se za rudarenje kobalta u nekim zemljama još koriste i djeca, kao u Kongu, gdje je više od polovice svjetskih rudnika kobalta.
- Svi nose sa sobom litij-ionsku bateriju koju rudare djeca - kaže Jodie Lutkenhaus, kemijska inženjerka na teksaškom sveučilištu A&M.
To ju je potaknulo da pokuša razviti alternative tim baterijama koristeći proteine. Anode akumulatora obično su izrađene od grafita, a katode su izrađene od metalnih oksida koji sadrže elemente poput kobalta. Ako se ove tvari mogu zamijeniti organskim materijalima za obje aktivne elektrode, to znači da se kobalt više neće morati vaditi.
Super voće
Jedna inovativna grupa ne samo da pokušava pronaći nove načine napajanja naših uređaja, već se istovremeno bavi i problemom otpada hrane. Vincent Gomes, kemijski inženjer na Sveučilištu u Sydneyju, i njegov tim, uključujući Labnu Shabnam, pretvaraju otpad s najsitnijeg voća na svijetu, duriana, i najvećeg voća na svijetu, nangke, u superkondenzator koji može puniti mobilne telefone, tablete i prijenosna računala u roku od nekoliko minuta.
Gomesov tim pretvorio je nejestive dijelove tog voća u ugljične aerogelove - porozne super-lake krute tvari - s izuzetnim svojstvima pohrane energije. Grijali su, smrznuli i osušili jestivu spužvastu jezgru svakog voća u pećnici na temperaturama većim od 1500°C. Crne, vrlo porozne, ultralagane strukture koje su im ostale mogu se ugraditi u elektrode jeftinog superkondenzatora.
Superkondenzatori se mogu napuniti za 30 sekundi, a mogli bi ih koristiti za napajanje niza uređaja.
- Moguće je napuniti mobilni telefon u minuti - kaže Shabnam.
San istraživača je da koriste ove održive superkondenzatore za pohranu električne energije iz obnovljivih izvora energije za uporabu u vozilima i kućama.
I to je prije nego što razmotrimo prednosti pronalaženja zelene upotrebe za durianov otpad, jer više od 70% tog voća obično bude odbačeno.
Baterije s dijamantima
Zajedno sa svojim timom Tom Scott, znanstvenik na Sveučilištu u Bristolu, razvija baterije izrađene od dijamanata. Uzgojem umjetnih dijamanata koji sadrže radioaktivni ugljik-14, oni mogu stvoriti "betavoltaične baterije" koje proizvode konstantnu struju i mogle bi trajati tisućama godina. Zaključani unutar dijamantne rešetke, radioaktivni izotopi ispuštaju visoko-energetske elektrone dok oni propadaju. To zauzvrat stvara tuš elektrona kroz dijamantnu strukturu koja se može iskoristiti za proizvodnju električne struje. Izvana bi radioaktivnost ostala na sigurnim razinama, kažu istraživači.
Tim je već stvorio prototip "dijamantne baterije" pomoću umjetnih dijamanata smještenih unutar radioaktivnog polja proizvedenog izotopom Nickel-63, koji pokreće protok elektrona kroz dijamant. Ali sada rade na verziji koja koristi ugljik-14 izvađen iz grafitnih blokova koji se koriste u nuklearnim elektranama. Pretvarajući ovaj nuklearni otpad u dugovječnu bateriju, Scott i njegovi kolege nadaju se pronalaženju novih načina korištenja problematičnog otpada iz nuklearnih elektrana.
- To potpuno mijenja pravila igre. Dugo smo prikupljali nuklearni otpad, a sada više ne pričamo o dugoročnom skladištenju, već ga pretvaramo u električnu energiju - kaže Sophie Osbourne, članica Scottovog tima.
Iako kemijske baterije poput litij-ionskih ne djeluju dobro na visokim temperaturama, ove izdržljive dijamantne baterije mogu raditi u najizazovnijim sredinama poput svemira, na dnu oceana, ili možda na vrhu vulkana. One bi, na primjer, bile savršene za održavanje satelita i računalnih senzora u pogonu.
- Te baterije su apsolutno sitne - kaže Scott. Do sada su istraživači uspjeli stvoriti dijamantne baterije koje proizvode 1,8 volta, slično kao AA baterija. I njih se u teoriji može puniti, ali treba im nekoliko sati unutar jezgre reaktora da postignu svoj izvorni učinak, kaže Scott. No neprekidno strujanje struje nastale tijekom propadanja radioaktivnog materijala znači da će emitirati električnu energiju nevjerojatno dugo - ugljik ima poluživot od 5730 godina.
Unatoč tome što su izrađene od dijamanata, vjerojatno neće biti ni skupe.
- Iznenadili biste se koliko malo umjetni dijamanti mogu koštati - kaže Scott.
U sljedećih deset ili dva desetljeća Scott vjeruje da bismo u našim domovima mogli čak vidjeti i dugotrajne dijamantne baterije, možda u dimnim alarmima i daljinskim upravljačima ili u medicinskim uređajima poput slušnih pomagala ili pace makera, piše BBC.