Министерство энергетики США поставило перед собой крайне амбициозную цель – чиновники надеются увеличить емкость батарей в пять раз и сделать их в пять раз дешевле по сравнению с современными образцами. Причем на все про все отводится пять лет. Но и это еще не все – над проектом под названием Battery and Energy Storage Hub будут трудиться специалисты пяти американских университетов, которые были отобраны ранее в этом году. Помогать им будут ученые из нескольких национальных лабораториями и частных компаний. По словам министра энергетики США, Стивена Чу, чиновники собирается создать вокруг проекта атмосферу, которая окружала знаменитый Манхэттенский проект. Вот только денег решили выделить поменьше, чем при создании атомной бомбы, - "всего-навсего" $ 120 млн. Так каковы же шансы на успешное завершение данной инициативы?

Манхэттенский проект номер 2

Большинство экспертов сходятся во мнении, что финансирование Манхэттенского проекта - программы исследований, которые привели к созданию первой атомной бомбы, - обошлось американскому бюджету в $ 2 млрд. С учетом инфляции и прочих факторов сегодня эта сумма будет эквивалентна 20 миллиардам долларов США. На проект Battery and Energy Storage Hub будет потрачено намного меньше денег, что делает аналогию, которую провел Чу, немного неуместной. 

Отметим, что современные технологии создания химических батарей являются достаточно зрелыми, и специалисты не думают, что за пять лет удастся революционизировать отрасль. Экзотические материалы, такие как графен и углеродные нанотрубки в настоящее время применяются при создании опытных образцов анодов с удивительными свойствами, но дальше лабораторных изысканий дело, как правило, не доходят. Специалисты изучают и более амбициозные концепции вроде использования генетически модифицированных вирусов для создания самособирающихся электродов (эта технология до сих пор не получила реального воплощения). Мы можем только догадываться, что скрывается в рукавах ученых, которые решились выполнить задачи, поставленные Минэнерго США.

Одним из наиболее интересных вариантов для замены текущего лидера рынка в лице литий-ионных батарей является концепция алюминий-ионного аккумулятора (Al-ion). В потенциале его плотность энергии составит 1 КВт-ч/кг (у литий-ионных - 0,4 КВт-ч/кг). Алюминий-ионные батареи имеют очень большое преимущество – они обладают тремя валентными электронами по сравнению с единственным доступным валентным электроном в случае лития. Результатом является то, что в ходе реакции заряда / разряда Al-ion батареи может передаваться в три раза больше электронов и, следовательно, это позволяет утроить плотность энергии. Но у металл-ионных батарей имеется один общий недостаток: их нельзя разрядить до нуля. Кроме того, механические воздействия - как при краш-тестах Chevy Volt – могут привести к возгоранию таких аккумуляторов.

Бензин уйдет на второй план

С учетом теплотворной способности бензина, которая составляет 13 КВт-ч/кг, сейчас он является гораздо более привлекательным вариантом, чем любые аккумуляторы, и это справедливо, даже если принимать во внимание низкий КПД двигателя внутреннего сгорания. Непременными атрибутами бензиновых авто в городских условиях являются повышенный уровень шума и смог, что также нельзя сбрасывать со счетов. Для повышения конкурентоспособности своих разработок ученым нужно двигаться в сторону металло-воздушных батарей (например, литий-воздушных), которые производят электроэнергию в ходе реакции с атмосферным кислородом. Как и в случае реактивного двигателя, им не нужен хранящийся внутри окислитель. Следовательно, плотность энергии в данном случае гораздо выше и, по сути дела, сопоставима с бензином. Основным недостатком является отсутствие возможности быстрой подзарядки подобных батарей. Возможно, американцы смогут устранить этот недостаток.

Наш мир все больше зависит от электричества. Аккумуляторные батареи позволяют сделать наши гаджеты и авто мобильными, чистыми и тихими. Очевидно, что работе над улучшением технологии создания батареи должно уделяться повышенное внимание. Будем надеяться, что усилия многих талантливых людей, объединившихся перед лицом общей проблемы, обернутся успехом даже несмотря на мизерный объем финансирования.