Аккумуляторная индустрия на подъеме – новые разработки и коммерциализация перспективных технологий

Аккумуляторная индустрия на подъеме – новые разработки и коммерциализация перспективных технологий

Медленная разработка новых аккумуляторных технологий и нечастое внедрение их в производство тормозят развитие альтернативной энергетики, а также мешают активному переходу автомобилистов на экологичные электрокары. Но на днях из стана разработчиков аккумуляторов поступили стразу два позитивных известия, которые могут изменить ситуацию к лучшему.
Батареи с расплавленным электролитом
Ученые из Университета им. Джорджа Вашингтона (США) представили батареи на расплавленном электролите, в качестве катодного материала в которых используется кислород из воздуха. Так называемые воздушно-расплавные батареи (Molten-Air) обладают рекордной высокой емкостью, не нуждаются в экзотических катализаторах и мембранах, при этом одна из разновидностей этих аккумуляторов отлично перезаряжается, что выгодно отличает разработку американцев от конкурирующих технологий.

Аккумуляторная индустрия на подъеме – новые разработки и коммерциализация перспективных технологий

Ключевым преимуществом воздушно-расплавных батарей в сравнении с распространенными ныне литий-ионными аналогами является возможность удерживать множество электронов на одной молекуле. Так, батарея американцев на основе диборида ванадия (VB2) может сохранять по 11 электронов на одной молекуле, но она не способна на перезарядку. Перезаряжаться способен аккумулятор на базе железа: когда батарея разрядится, железо под воздействием тока может восстанавливаться из оксида до чистого с возвращением кислорода обратно в воздух.

Всего американцы протестировали три варианта расплавленных электролитов: на базе диборида ванадия, железа (позволяет хранить три электрона на молекулу) и углерода (четыре электрона на молекулу). Экспериментальные версии батарей продемонстрировали удельную емкость в 27, 10 и 19 кВт*ч на литр объема, соответственно. Отметим, что удельная емкость литий-ионной батареи составляет "всего" 6.2 кВт*ч/литр. На килограмм массы электролиты на базе железа и диборида ванадия выдали 1.4 кВт*ч и 5.3 кВт*ч/кг, соответственно. В случае углеродного электролита результат оказался выше – 8.9 кВт*ч/кг.
Очевидным минусом нового источника питания является тот факт, что для нормального его функционирования требуется высокая температура (около 700-800 °C). Но исследователи уверены, что дальнейшие эксперименты позволят сделать воздушно-расплавные аккумуляторы наиболее перспективным вариантом для использования в электромобилях, а также в тандеме с ВИЭ.
Коммерциализация емкого аккумулятора
Американская компания Solid Power обязалась в кратчайшие сроки вывести на рынок новый твердотельный аккумулятор, разработанный учеными из Калифорнийского университета в Боулдере. Эта батарея легче, безопаснее (ей не страшны удары) и дешевле литий-ионных аналогов. Кроме того, последние существенно уступают твердотельному аккумулятору, в котором совсем не используется жидкий электролит, в плане емкости (в 2-3 раза). Серийное производство новинки должно начаться через полтора-два года – после серии тестов.

Аккумуляторная индустрия на подъеме – новые разработки и коммерциализация перспективных технологий

Вместо жидкого электролита для разделения анода (сделан из металлического лития) и катода здесь применяется твердотельный керамический аналог, что позволяет существенно снизить вес батареи. По данным исследователей, перевод электромобилей на подобные батареи позволит довести дальность хода машин до 600 км.

Отметим, что ранее уже не раз предпринимались попытки создать твердый электролит, который может проводить ионы столь же эффективно, как жидкий. Но устройства получались малоэффективными. Исследователи из Калифорнийского университета в Боулдере смоги повысить КПД твердотельного аккумулятора, так как вместо монолитного катода, они создали "композитный" аналог, в котором мелкие частицы катодного материала перемешаны с твердым электролитом, а также специальной добавкой, увеличивающей электропроводность. Эта конфигурация упрощает перемещение ионов и электронов в катоде.

Использованы материалы Phys.org и Energy & Environmental Science

Фото: Phys.org ©
22.09.2013 19:41