Наша сеть партнеров Banwar
Значення літію важко переоцінити, адже сьогодні він живить майже все - від годинників та телефонів до автомобілів з літаками. Майже весь світ залежить від акумуляторів і батарей з цим елементом, і, поки не з'явиться альтернативна технологія , Попит на нього буде тільки рости.
Але як цей метал, який загоряється навіть при намоканні, став рушійною силою сучасних технологій? Ось тут починається цікава історія подорожі літію із земних надр в акумулятори гаджетів.
Що таке літій?
Слово «літій» по-грецьки означає камінь. Це метал під третім номером в періодичній таблиці елементів, який має сріблястий колір, і його можна різати звичайним кухонним ножем. Це також найлегший метал на планеті, тому він плаває навіть у воді. Хоча це зазвичай швидко закінчується - літій самозаймається і згорає. Небезпеку становить навіть волога в повітрі, тому його зберігають під товстим шаром мінерального масла або іншого подібного речовини.
Через високу хімічну активність просто «накопати» в землі чистого літію не вийде - його знаходять в морській воді, глині і солях. Видобуток цього мінералу ускладнюється тим, що він не збирається в щільні концентровані родовища, а розкиданий по всій планеті.
Як відкрили літій?
Вперше вчені познайомилися з новим елементом в 1817 році - тоді хімік Іона Арфведсон вперше виділив літій з мінералу петаліта. Наступні кілька десятиліть вчені захоплено вивчали основні фізичні властивості нового металу. А в 1855 році хіміки Роберт Бунс і Аугустус Матьєссен розробили систему видобутку літію електролізом з розчину хлориду літію. Так з'явилося невелике промислове виробництво цього металу в 1916 році, а для широкого продажу він почав випускатися в 1923 році.
У Другій світовій війні літій використовували як стійку до високої температури мастило для авіаційних двигунів. Після цього літій відзначився при створенні водневої бомби: іони літію-6 і літію-7 допомогли створити тритій.
При видобутку солей літію використовується багато ручної праці через дешевизну робочої сили
Головним виробником літію з 1950-х по 1980-і роки були США , Які надали близько 42 тисяч тонн цього матеріалу. У 1976 році США постачали близько 80% світових потреб, але ситуація змінилася вже в 1984 році, коли в Чилі відкрили найбільші поклади цього металу. У 1997 році подібне родовище також знайшли в Аргентині.
Сьогодні Чилі і Аргентина постачають 60% світового літію. Австралія та Китай займають ще 30% цього ринку. Решта 10% надають інші дрібні виробники, наприклад, США і Росія. Загальні запаси металу оцінюються на рівні 13 мільйонів тонн.
Робота над знахідкою. Історично літій добувають з розчинів солей або з твердих сольових відкладень. Останнє нічим не відрізняється від того, як добувають інші матеріали - залізо, золото, мідь, срібло тощо.
Через розкиданість літію добувати його з твердої породи економічно не вигідно - треба переробити занадто багато грунту і витратити величезну кількість енергії і палива. Тому частіше метал отримують з сольових розчинів. Їх відкачують в закриті водойми, в яких сонце випаровує вологу, і на місцях залишаються концентровані тверді залишки.
Літій - час для батарейок
Доступність чистого літію дозволяє перейти до виготовлення елементів живлення з нього. Для цього існують спеціальні фабрики, а їх виробничий процес можна подивитися в ролику Discovery:
Акумулятори за своєю конструкцією дуже проста річ - набір з декількох шарів катода (літій-кобальт оксид), анода (вуглець) і сепаратора (непроводящей пористої плівки). Тому початок вивчення і експериментів над літієм як джерелом живлення почалося в 1912 році. Однак висока хімічна активність літію майже 90 років заважала потрапити йому на прилавки магазинів.
Все змінилося в 1991 році, коли японська компанія Sony представила світу перший комерційний літієво-іонний (Li-ion) акумулятор. Починаючи з цього періоду в батареях і акумуляторах почали використовувати іони літію, замість чистого металу літію. Адже акумулятори на основі іонів літію виявилися не такими пожежонебезпечними, як їх аналоги на основі чистого літію.
Батареї, вироблені по Li-ion технології, вимагають значно менше уваги при експлуатації, ніж батареї, вироблені іншими технологіями. В Li-ion елементи, немає ефекту пам'яті, і вони не вимагають повної розрядки для збереження своїх властивостей. Саморозряд у цих батарей в 2 рази нижче, ніж у батарей на основі нікелю. Недоліком Li-ion батарей є необхідність захисних електронних схем для запобігання пожежам та висока ціна.
Літій крокує світом
У 1994 році вартість виробництва Li-ion батарей типорозміру 18650 (використовуються в ноутбуках, автомобілях Tesla, ліхтариках) з ємністю 1100 мА * год склала більше $ 10. Але вже в 2001 році вартість виробництва знизилася до $ 2, а ємність зросла до 1900 мА * ч. Сьогодні ємнісні елементи 18650 мають ємність більше 3000 мА * год, а їх ціна постійно знижується.
У 2009 році приблизно 38% продажів доводилося на Li-ion батареї. У 2014 році цей ринок мав обсяг у $ 5,7 млрд, і за кілька років він виросте в чотири рази, прогнозують експерти. До 2023 року його обсяг складе $ 24,1 млрд, з яких близько $ 15 млрд буде припадати на електромобілі, стверджують в Navigant Consulting.
Основними споживачами літію в світі є батарейки з акумуляторами. Виробники машин навіть починають будувати власні фабрики з виробництва акумуляторів. Tesla, наприклад, планує вкласти $ 5 млрд в свою «гігафабріку», яка буде виробляти більше літієвих акумуляторів, ніж виробили в усьому світі в 2013 році.
Що таке літій?Як відкрили літій?
Що таке літій?
Як відкрили літій?