Литий-ионные аккумуляторы остаются самыми востребованными в мире. Не даром Нобелевскую премию по химии за 2019 г. получили именно разработчики литий-ионных батарей. «Своей работой лауреаты этого года заложили основу будущего без проводов и ископаемого топлива». В ближайшие десять-двадцать лет человечество вряд ли придумает достойную замену этим батареям. Но это не значит, что оно и не пытается.
За 2019 г. появилось множество аккумуляторов, готовых конкурировать с лидером. Многие новинки превосходят Li-Ion по емкости, скорости зарядки, надежности и др. Правда, большинство их пока существуют только в виде экспериментальных образцов.
Например, в компании Echion Technology (Великобритания) создали добавку, с которой аккумулятор можно будет полностью зарядить всего за три минуты. Разработчики держат состав в тайне, но заявляют, что их присадка подойдет и для девайсов, и для электромобилей. И обещают, что она выйдет в массовое производство уже в 2020 г.
Также британцы нашли способ облегчить аккумуляторы. Копания Williams Advanced Engineering создала батареи, в которых при малом весе сочетаются большая энергоемкость и мощность. Решение этой задачи приближает момент создания электрической авиации.
Не отстают и немцы. Концерн Volkswagen, обогнав Tesla, уже в 2019 г. добился снижения цены аккумуляторов до 100 долларов за кВт‧ч. Это огромное достижение: моторы электромобилей приблизились по цене к бензиновым двигателям.
Иногда даже минимальное усовершенствование уже существующих батарей приводит к удивительным результатам. К примеру, молодая американская компания XNRGI предложила всего лишь заливать металлом устаревшие кремниевые подложки для микросхем — в результате плотность хранения энергии может увеличиться в 10 раз. Главное, нет необходимости полностью переоборудовать производство, достаточно немного изменить основной процесс.
Но кремний рано списывать со счетов. В наше время он является одним из самых востребованных материалов. Его пытались использовать и в качестве анода в аккумуляторах, но он вступал в негативную реакцию с электролитом, разрушая всю батарею. Ученые из Аргоннской национальной лаборатории США создали ряд присадок для электролита, стабилизирующих кремниевый анод. Инновация улучшила сразу три параметра — срок службы, энергоемкость, безопасность.
В Австралии были разработаны твердые полимерные электролиты. Они вдвое повышают емкость аккумуляторов, а главное — делают их безопасными, сводя к минимуму вероятность возгорания и взрыва.
Кроме того, в 2019 г. появились и альтернативные источники питания. Например, австралийская же компания Climate Change Technologies нашла способ сохранять электроэнергию в форме скрытого тепла. Разработчики утверждают, что их термобатареи вмещают в 6 раз больше энергии, чем ионно-литиевые аналоги. Главный недостаток новинки — большой размер, для электромобиля она не подойдет. А вот для электропарома — в самый раз!
В Университете штата Иллинойс (США) были созданы литий-воздушные аккумуляторы, емкость которых существенно больше, чем у литий-ионных. Во время испытаний электромобиль, оборудованный экспериментальной моделью такого аккумулятора, прошел на одном заряде 800 км.
А в Университете Хьюстона (США) усовершенствовали натрий-ионные батареи, которые считаются безопаснее ионно-литиевых, но всегда были менее эффективными. Ученые исправили ситуацию, применив органический катод и уменьшив его сопротивление на границе с электролитом.
Литий-металлические батареи превосходят литий-ионные по емкости, уступая им в весе. Но их главная проблема — дендриты, металлические выросты на электродах, приводящих к нарушению сепаратора и короткому замыканию внутри ячейки. Исследователи из Стэнфордского университета (США) предложили покрыть сепаратор сетью молекул, что решило проблему, остановив рост дендритов.
А ученые из Индийского технологического института в Мадрасе предлагают и вовсе обойтись без лития: они собрали батарею на основе железа, которая пока выдержала только 150 зарядок. Но индийские физики говорят, что их в первую очередь волнует сохранение окружающей среды.
