В настоящее время наблюдается возрождение фундаментальных исследований батарей, цель которых - встроить накопители энергии в носимые устройства и транспортные средства. На презентации Battery Day, устроенной компанией Tesla, Илон Маск высказал свое видение аккумуляторов будущего.
Легче, безопаснее и производительнее
Основатель "Теслы" сказал, что компания работает над автомобилем, работающим от батарей с анодами из чистого кремния, чтобы повысить их производительность, и с уменьшенным содержанием кобальта в катодах, чтобы снизить их цену. Аккумулятор будет интегрирован в шасси.
Новый дизайн устройства поможет уменьшить вес автомобиля на 10 %, а технологические усовершенствования позволят увеличить пробег. Маск охарактеризовал конструктивную батарею "Теслы" как революцию в инженерии.
2 в 1
Впрочем, нашлось немало критиков его концепции. Ученые советуют не разрабатывать встраиваемые решения, а использовать при производстве материалы, которые сами по себе могут выполнять роль аккумуляторов. Так сказать, материалы двойного назначения.
Сегодня батареи составляют значительную часть размера и веса большинства электронных устройств. Смартфон - это в основном литий-ионный элемент с установленными вокруг него процессорами. Размер дронов ограничен батареями, которые они могут нести. И примерно треть веса электромобиля составляет его аккумулятор.
Один из способов решить эту проблему - встроить обычные батареи в конструкцию самого автомобиля, как планирует сделать Tesla. Но еще лучше, когда аккумуляторная батарея сама становится полом.
Инновационный подход
Исследователи в лице Эмиля Гринхала, специалиста по материалам Имперского колледжа Лондона, считают, что более многообещающим подходом было бы отказаться от аккумуляторной батареи и вместо этого использовать кузов автомобиля для хранения энергии. В отличие от обычного аккумуляторного блока, встроенного в корпус, эти структурные батареи невидимы.
Электроаккумуляция происходит в тонких слоях композитных материалов, из которых состоит рама автомобиля. В каком-то смысле они невесомые, потому что автомобиль - это и есть аккумулятор. Этот новый взгляд на конструкцию электромобиля может обеспечить огромный прирост производительности и повысить безопасность, потому что в транспортном средстве не будет тысячи энергонасыщенных, воспламеняющихся элементов.
Структурная батарея нового поколения
Литий-ионный аккумулятор внутри телефона или аккумуляторного блока электромобиля состоит из четырех основных компонентов: катода, анода, электролита и сепаратора. Когда батарея разряжена, ионы лития проходят через электролит от отрицательного анода к положительному катоду, которые разделяются проницаемым сепаратором для предотвращения короткого замыкания.
В обычной батарее эти элементы либо уложены друг на друга, как слоеный пирог, либо наматываются друг на друга, как рулет, чтобы собрать как можно больше энергии в небольшом объеме. Но в структурной батарее они должны быть переконфигурированы, чтобы элемент мог принимать неправильную форму и выдерживать физические нагрузки. Структурная батарея не похожа на куб или цилиндр. Она может выглядеть как крыло самолета, кузов автомобиля или чехол для телефона.
В качестве электродов можно использовать углеродное волокно. Это легкий сверхпрочный материал. Он отлично хранит ионы лития. Тонкий лист материала будет разделять два электрода, и эти слои подвешены в электролите. Вся композиция имеет толщину всего несколько миллионных метра и может быть вырезана любой желаемой формы.
Возможно, Илон Маск прислушается к мнению ученых и первым внедрит инновационную технологию.