Аккумуляторы будущего: перспективные разработки

С каждым годом растет количество устройств, работающих от аккумуляторных батарей.

Они становятся сложнее, потребляют больше электроэнергии (последнее, в частности, относится к мобильным устройствам с большими и яркими экранами, а также различными модулями беспроводной связи). Это обстоятельство в сочетании с растущей конкуренцией заставляет разработчиков искать перспективные технологии изготовления аккумуляторов, которые позволили бы выпускать легкие, компактные и при этом – более емкие батареи. Стремясь достичь этой цели, производители в наши дни идут несколькими путями, о которых мы поговорим подробнее.

Отправной точкой для всех перспективных идей сегодня являются литий-ионные аккумуляторы. Они имеют высокую энергетическую плотность (способность хранить определенное количество энергии на единицу массы), не подвержены «эффекту памяти». Производители совершенствуют электролит, используемый в литий-ионных аккумуляторах (речь идет о безводной жидкости на основе солей лития), повышая энергетическую плотность источников питания. Движение по этому пути нередко приводит к проблеме: аккумуляторные батареи начинают сильно греться, что может быть небезопасным. Решение было предложено компанией Toyota в 2010 году: специалисты японского автоконцерна начали использовать в качестве электролита твердое вещество. Разработанные аккумуляторы выделяют меньше тепла, при этом они устойчивы к высоким температурам и не требуют активного охлаждения. Предполагается, что их серийное производство начнется в 2014-2015 годах.

На сегодняшний день литий-ионные батареи являются весьма дорогостоящими изделиями для того, чтобы использовать их в качестве тяговых аккумуляторов для электропогрузчиков, электрокаров, поломоечных машин и других аккумуляторных машин. Поэтому в этой области получили широкое распространение свинцово-кислотные тяговые аккумуляторные батареи с электролитом на основе раствора серной кислоты. Так как традиционные обслуживаемые аккумуляторы имеют ряд существенных недостатков, связанных, в первую очередь, с необходимостью долива электролита в процессе их эксплуатации и выделением газа во время зарядки, производители пошли по пути создания необслуживаемых АКБ. Сейчас большой популярностью пользуются две основные разновидности необслуживаемых тяговых аккумуляторов: гелевые и AGM. В гелевых аккумуляторах электролит (раствор серной кислоты) с помощью специальных технологий загущается до состояния геля, в который и погружаются свинцовые пластины-электроды. В аккумуляторах, изготавливаемых по технологии AGM (Absorbent Glass Mat) раствор электролита иммобилизован за счет множества микроскопических пор специального стекловолокна, которым заполнено пространство между пластинами и вокруг них. Обе перечисленные разновидности аккумуляторов являются герметизированными и не требуют долива электролита в течение всего срока эксплуатации.

Стремясь улучшить характеристики аккумуляторных батарей, производители работают не только над электролитом, но и над электродами. Традиционно в литий-ионных АКБ применяются графитовые электроды. В наши дни разработчики пытаются заменить их элементами из кремния, благодаря чему значительно увеличивается аккумулирующая способность. Авторство еще одной перспективной разработки принадлежит компании IBM. Ее специалисты создали литий-кислородный аккумулятор, в состав которого входит пористая углеродная мембрана. Она, играя роль одного из электродов, наполняется кислородом атмосферного воздуха и вступает в реакцию с литием. Энергетическая плотность такого аккумулятора в несколько десятков раз выше, чем плотность «обычных» литий-ионных батарей.

Подчеркнем, что выше были перечислены далеко не все современные разработки, позволяющие улучшить характеристики устройств, которые аккумулируют электроэнергию. Ученые Мэрилендского университета стремятся увеличить площадь электродов, применяя для этого, в частности, трубчатые вирусы табачной мозаики, покрытые слоем металла. Специалисты Политехнического института Ренсселира (штат Нью-Йорк) покрывают электроды «наночашками» («nanoscoops») – мельчайшими кремниевыми элементами, сжимающимися и растягивающимися в процессе эксплуатации. Существование этих и многих других технологий позволяет с уверенностью утверждать: уже через несколько лет мы получим возможность пользоваться новыми аккумуляторами, которые по своим характеристикам будут многократно превосходить устройства, доступные в наши дни.

Автор: Влад Медведев
Обнаружив ошибку в тексте, выделите ее и нажмите Ctrl+Enter