С миру по нитке: в поисках батарейки нового поколения

Ученые всего мира работают над созданием новых элементов питания, проще говоря, батареек. Например, в Израиле изобрели био-конструкцию, которая вырабатывает ток из воды, используя энергию фотосинтеза. Английские ученые применили углеродное волокно, чтобы накопить огромный электрический заряд. В этом негласном споре умов поучаствовали и российские специалисты.

Электричество из воды. Оказывается, такое возможно. Израильские физики создали уникальную по своей природе био-батарейку. В этой лаборатории целая «колония», как здесь говорят, сине-зеленых водорослей. Которые занимаются тем, чем им положено — фотосинтезом.

«Если вы дотронетесь до сосуда, вы почувствуете, что он очень горячий — почти 70 градусов по Цельсию. Именно поэтому, мы считаем, что это самый подходящий организм, чтобы извлечь фотосинтезирующие белки из клеток», — объясняет Рахель Нехуштаи, профессор биологии.

Рис. 1.

«Мы попытались взять из живого организма элементы, отвечающие за фотосинтез. Выделить их. А дальше сделать "батарейку», так сказать, которая есть в растении, и поместить ее на небольшой золотой электрод", — рассказывает Итамар Виллнер, химик Еврейского университета в Иерусалиме.

Рис. 2.

Поверхность электрода покрывается особым полимером. Он удерживает молекулы фотосистемы на месте и одновременно является «проводом», по которому свободные электроны перетекают на золотой электрод. Положительный полюс — катод — изготовлен из стеклоуглерода, поверхность которого покрыта углеродными нано-трубками и особым ферментом. Это вещество захватывает электроны и использует их для превращения свободного кислорода в молекулы воды.

Рис. 3.

Эксперименты показали, что

первая в мире био-батарейка, хоть и генерирует электрический ток, использоваться в быту пока, увы, не может. Все из-за приставки био-. Живой батарейке нужно постоянно добавлять воду и реагенты и удалять продукты распада. А вот английская разработка скоро сможет заменить и сталь, и аккумуляторы.

«Мы и сами удивились, когда узнали, что углеродное волокно — это многофункциональный материал. Оно не только повышает плотность изделия, но и может накапливать большой заряд электрического тока», — говорит Мило Шаффер, профессор химии Лондонского императорского колледжа.

Две задачи сразу решают два слоя. Так появился суперконденсатор, чтобы система работала достаточно одного импульса. Если использовать карбоновые конденсаторы в автомобилестроении, то электрокар покажется совсем не инновацией. Ведь внутри литий-ионная батарея — с точки зрения ученых — прошлый век.

Это значит — дополнительный вес, уже не восемь, а минимум 16 часов зарядки. Кто такое купит? Особенно, если карбоновый суперконденсатор может гораздо больше. Приблизить далекое английское будущее решили на российском химфаке МГУ. Не карбон, правда, литий-воздушные батарейки должны появиться уже в конце текущего года. На них электрокар проедет не 150, а 500 километров.

«Металлический литий активно реактирует с атмосферными газами, поэтому все проводят в перчаточном боксе с очень чистой аргоновой атмосферой, то есть заносим все вещества, которые нам необходимы, откачиваем воздух в боксе и можно работать», — объясняет Дмитрий Семененко, инженер химического факультета МГУ.

Рис. 4.

Использовать литий как основу вообще не имеет особого смысла, считают в Московском авиационном институте. Батарея электромобиля на последнем месте. На первом – водород. Но сделать электромобиль лучше может и двигатель. Достаточно магниты заменить на особую обмотку, говорят в МАИ.

«Можем запустить больший ток. Нужно либо увеличить площадь обмотки возбуждения, что приведет к увеличению машины, либо использовать сверхпроводники, где этот параметр не так важен», — рассказывает Роман Ильясов, доцент, кандидат технических наук МАИ.

В итоге электромобиль сможет дольше ехать без подзарядки, его вес уменьшится, а скорость увеличиться. И все же на один вопрос, никто из ученых ответить не смог, когда вся эти теоретические выкладки и проекты станут реальной действительностью для каждого из нас.