Электромобили с воздушным аккумулятором – будущее автомобилестроения?

Новая конструкция аккумулятора может увеличить пробег электромобилей до 800 километров за одну зарядку

Одним из самых существенных недостатков автомобилей с электрическим приводом является опасение их владельцев, что они не доставят их в место назначения. Специалисты корпорации IBMутверждают, что им удалось решить эту серьезную проблему, создав аккумулятор, который дает возможность увеличить пробег автомобиля до 800 километров за одну зарядку. Если разработка окажется экономически эффективной, электромобили могут впервые стать достойными соперниками машин с бензиновыми двигателями.

В стандартных автомобилях с электрическим приводом используются ионно-литиевые аккумуляторные батареи. Они громоздкие и редко позволяют пройти расстояние более чем в 160 километров.

Новый тип аккумуляторов – литиево-воздушная ячейка – более перспективен, поскольку теоретическая плотность энергии может быть в 1000 раз больше, чем у ионно-литиевых батарей, что позволяет сравнивать его по эффективности со свинцово-кислотными аналогами. Вместо оксида металлов в положительном электроде литиево-воздушных ячеек используется углерод – более легкое вещество, которое вступает в реакцию с кислородом из окружающей среды и производит электрический ток.

Но есть и проблемы. Химическая неустойчивость таких ячеек при подзарядке сокращает их срок службы, что делает их непригодными для использования в автомобилях, утверждает Винфрид Вильке, специалист исследовательского центра IBM«Алмаден» (Сан-Хосе, Калифорния). Поэтому Вильке начал изучать электрохимические процессы, лежащие в основе работы литиево-воздушных аккумуляторов, с помощью одной из разновидностей масс-спектрометрии. В результате он обнаружил, что кислород взаимодействует не только с угольным электродом (что было известно ранее), но и с электролитическим раствором – проводящей жидкостью, которая удерживает ионы лития между электродами.

Однако, если электролит вступает в реакцию с кислородом во время работы автомобиля, он в конце концов обедняется. В поисках альтернативного электролита Вильке, совместно со своим коллегой из швейцарской лаборатории IBMАлессандро Куриони, прибег к помощи суперкомпьютера «BlueGene» для создания максимально точных моделей химических реакций. Исследование включало в себя моделирование атомистического строения веществ и взаимодействия их элементов.

«Мы нашли вещество, которое кажется весьма многообещающим», – заявляет Вильке. Он не раскрывает деталей, но отмечает, что несколько опытных образцов уже были протестированы. Участники проекта «Battery500» – четыре американских национальных лаборатории и коммерческие предприятия во главе с IBM– надеются, что первый полнофункциональный аккумулятор будет создан в 2013 году, а к 2020 году начнется их промышленное производство.

Если в ходе исследования будут получены положительные результаты, это решит существенную проблему литиево-воздушных батарей, утверждает Фил Бартлет, глава факультета электрохимии в университете Саутгемптона (Великобритания). Существуют и другие трудности, которые предстоит преодолеть – например, неспособность таких аккумуляторов работать при высокой влажности. «Попадание в воду может привести к внезапному возгоранию лития», – отмечает ученый.

NewScientist(выпуск №2846), перевод с английского – Наталья Пристром