Следующее поколение электрокаров будет ездить на морской воде

Следующее поколение электрокаров будет ездить на морской воде

На такие перспективы наталкивает поступившая из Южной Кореи информация о создании консорциума по разработке водно-соляной батареи.

Eco-Friendly_Na-Ion_Battery_Based_Seawater_Help_Electric_Vehicles_Next_Generation_Become_Cheaper_BetterОзвученная на днях южнокорейскими специалистами в сфере энергетики информация о перспективном направлении по созданию сопоставимых по емкости с литий-ионными водно-солевых аккумуляторных батарей, которые могут использоваться в электромобилях следующего поколения, указывает на появление первых прототипированных образцов уникальных по своим свойствам и сверхдешевых аккумуляторов на морской воде уже в 2018 году. Как минимум, к этому сроку планируют представить действующую разработку ученые из объединившихся в рамках совместного проекта организаций — Korea Electric Power Corporation (KEPCO) и Korea East-West Power Company Ltd (EWP), с которыми будут сотрудничать специалисты из Национального Института Науки и Технологии (UNIST). Совместное соглашение ведущих южнокорейских энергокомпаний предполагает выделение на исследовательские работы $4,35 млн, которых, по мнению участников проекта, хватит для завершения исследований и запуска коммерческого масштабного производства уникальных аккумуляторов на мировой рынок. Стоит учесть, что на научные изыскания в этом направлении UNIST ранее получил внушительные субсидии со стороны государства, выделившего $6,09 млн на создание батареи на основе морской воды.

Перспективы, которые открываются перед мировой промышленностью после появления водно-солевых аккумуляторов сопоставимой с литий-ионными «собратьями» емкости, затрагивают практически все сферы производства, включая энергетический сектор. Сегодня аккумуляторы на базе лития являются основой для создания электрокаров, использующих стандартизированные аккумуляторные элементы для формирования емкой автомобильной батареи общей емкостью от 60 до 100 кВт.ч, как это произошло с модельной линейкой американского автоконцерна Tesla. Уже имеющиеся на рынке модели автомобилей на электротяге под брендом Tesla Model позволяют автовладельцам преодолевать до 550 километров пути на электрической тяге, избавляя окружающую среду от вредных для нее выхлопов. Экологически чистый автотранспорт — главный приоритет для развития современного автомобилестроения, устами руководителей крупнейших автоконцернов пообещавшего уже к 2020 году представить десятки коммерческих моделей электромобилей по доступным для потребителей среднего достатка ценам. Основные проблемы при создании экономически выгодного электрического транспорта остаются неизменными вот уже на протяжении последних 20 лет — недостаточная емкость литий-ионных батарей для обеспечения нужной автономности, которая сопровождается огромным весом аккумуляторных элементов и чрезмерно высокой ценой. Дополнительная сложность — скорость зарядки аккумуляторов, пока остающаяся самым больным местом современных электрокаров.

Проект южнокорейских ученых, начатый совместно с корпорациями энергетического сектора Южной Кореи, позволяет решить сразу все проблемы. Во-первых, себестоимость изготовления батарей для электромобилей сокращается в сотни раз, что обусловлено значительным упрощением технологии изготовления элементов и использованием сверхдешевого материала — обычной морской воды. Принцип действия водно-солевого аккумулятора идентичен связке Li-Ion. Накопление энергии внутри емкости происходит путем извлечения ионов натрия из морской воды под действием электрического тока, сохраняя их в катодном состоянии до извлечения. Выработка энергии происходит по обратному принципу — после появления электрохимического разряда натрий высвобождается из анода, вступая в химическую реакцию с водой и кислородом, образуя гидроксид натрия на катоде. Единственная пока проблема — обеспечить приемлемые для коммерческой эксплуатации параметры плотности хранения электроэнергии, которые пока остаются чрезмерно низкими. Цель группы специалистов из южнокорейского консорциума — обеспечить плотность хранения энергии в водно-соляной батарее на уровне 10 Вт·ч, что сопоставимо с Li-Ion решениями для мобильного рынка, уже к 2018 году. Позднее, после проведения дополнительных исследований, предполагается нарастить этот показатель до 20 Вт·ч, вдвое улучшив доступные литий-ионным батарейкам значения.

Говоря о параметре безопасности, стоит учитывать структуру такой емкости — наличии внутри морской воды автоматически способствует снижению риска возгорания вследствие резкого увеличения силы тока до абсолютного нуля. Имеющий тенденцию к воспламенению литий уже стал поводом для крупнейшего скандала, вынудившего корпорацию Samsung всерьез задуматься о необходимости повышения уровня безопасности эксплуатации литий-ионных батарей в смартфонах и планшетах линейки Galaxy. Экономический ущерб, спровоцированный отзывом продукции 7-й серии, достигает $19 млрд, что уже спровоцировало резкое снижение курса акций основного конкурента американского производителя носимой электроники Apple. Из-за нулевого риска возгорания водно-солевые аккумуляторы получают еще одно преимущество по сравнению с имеющимися в массовом выпуске аналогами — возможность организации ускоренной зарядки, сопоставимой по скорости наполнения батареи с заправкой бака автомобиля с двигателем внутреннего сгорания. Именно это является конечной целью работы ученых — создание недорогой альтернативы машинам с ДВС по сопоставимой или более низкой стоимости производства с сохранением того же уровня комфорта при эксплуатации. Сегодня владельцам Tesla Model S P100D для подзарядки встроенных аккумуляторов приходится держать авто у розетки на протяжении 12-14 часов, тогда как новейшие технологии быстрой подзарядки вскоре позволят уменьшить это время до 15-20 минут. А применение морской воды в аккумуляторе вместо лития существенно упростит стоящую перед промышленностью задачу, полностью исключив фактор повышенной пожароопасности при ускоренной зарядке из списка потенциальных минусов технологии.

Если задумка инициаторов проекта дойдет до этапа коммерциализации, то уже следующее поколение электрокаров, формирующееся в проектных отделах ведущих автопроизводителей из Европы, США и Азии, сможет ездить на морской воде. При этом выработка необходимых объемов электроэнергии, нужной для зарядки водно-солевых аккумуляторов электромобилей будущего, будет происходить уже привычными способами — путем сжигания углеводородов, включая газ, уголь и нефтепродукты, а также постепенно набирающими темпы сферами солнечной и ветряной электроэнергетики. Здесь для готового решения на базе морской воды найдется еще одно применение — создание дешевых в производстве емкостей для хранения излишек вырабатываемой из Солнца и ветра энергии. Другими словами, от результатов работы корейцев в буквальном смысле зависит будущее всего энергетического комплекса планеты, которому «аккомпанирует» автомобильная и электронная промышленность. Перспектива появления недорогих и вдвое больших по емкости батарей для электрокаров и мобильных гаджетов — смартфонов, планшетных компьютеров, ноутбуков и носимых аксессуаров, позволит серьезно улучшить ситуацию во всей отрасли за счет повышения спроса на подешевевшую продукцию производственных гигантов.

Сергей Комов