«Заниматься этим — не так круто, как работать в Apple»: как ученые пытаются изменить современные батареи

Издание Grist опубликовало статью о проблемах современных аккумуляторов и потенциальных разработках, среди которых жидкие и литий-воздушные батареи. Редакция AIN.UA выбрала главное и приводит адаптированный перевод статьи.

Батареи и аккумуляторы — это, наверное, наименее привлекательная технология, которая когда-либо была изобретена. В дальней части комнаты Дональд Сэдоуэй, седовласый электрохимик, роется в груде пластика, как ребенок, который ищет нужную деталь конструктора Lego. Он ставит два объекта на стол, каждый формой и размером с жестяную банку. Сложно заинтересовать кого-то батареями. Но эти компоненты могут стать технологией, которая изменит нашу энергетическую систему.

Ранние прототипы компонентов батарей Сэдоуэя

Батареи и аккумуляторы не только скучные. Они, на самом деле, очень плохи. В лучшем случае это невидимые хранилища энергии, которые помещаются в смартфоны, компьютеры и автомобили и быстро истощаются. В худшем — они дорогие, тяжелые и сложные в использовании. В то время как устройства, которые работают на аккумуляторах и батареях, становятся тоньше и умнее, эти хранилища до сих пор ждут масштабного обновления. За последние два года процессоры в компьютерах стали в два раза мощнее. За этот период батареи улучшились незначительно.

Тем не менее, в будущем все будет работать благодаря аккумуляторам и батареям. Это должно быть так. От электромобилей до промышленных солнечных ферм, батареи — это путь к более «зеленой» и эффективной энергетической системе.

То, что мы имеем сейчас — литий-ионные аккумуляторы — недостаточно хороши. За последние пять лет хранение энергии подешевело в два раза, но до сих пор эта технология остается дорогой.

Главная проблема литий-ионных аккумуляторов состоит в том, что они изнашиваются. Мы нуждаемся в инновациях, и ученые по всему миру соперничают друг с другом, чтобы предложить новые технологии. Одна из них — все еще непривлекательная, но точно интересная — жидкие аккумуляторы, которые работают благодаря соленой воде.

Хранение энергии — предохранительный клапан

Есть несколько вещей, которые человек хочет видеть в батарее, но две остаются самыми важными: надежность и дешевизна. Лучшие аккумуляторы имеют преимущества: они надежнее и независимы от ископаемого топлива.

Возобновляемой энергией невозможно управлять, как например, тепловыми и газовыми электростанциями. Солнечная энергия достигает пика в течение дня и зависит от передвижения облаков. В то же время ветровые станции еще менее предсказуемы.

Хранение энергии — это предохранительный клапан. Если появится возможность хранить где-то лишнюю энергию и брать ее при надобности, можно будет предоставлять больше электричества, даже без помощи солнца и ветра.

Жидкие аккумуляторы

«Аккумуляторы так же изменят систему электроснабжения, как холодильник когда-то изменил принцип доставки еды», — говорит Дональд Сэдоуэй. Жестяные банки, которые он демонстрирует — ранний прототип компонентов для жидкометаллического аккумулятор.

Свои исследования Сэдоуэй начал десять лет назад. «Я начал работу над аккумуляторами, потому что увлекался автомобилями. Я понял, что у нас нет электрокаров из-за того, что у нас нет батарей», — говорит электрохимик.

Дональд Сэдоуэй

У Сэдоуэй был опыт в рафинировании алюминия, и ему было интересно, сможет ли это быть образцом нового, необычного типа аккумуляторов. Выплавка алюминия — это дешевый и энергоемкий процесс. Если этот односторонний процесс замкнуть на самом себе, то, возможно, огромное количество энергии будет находиться в расплавленном металле.

В некотором роде, это безумие — нужно будет поддерживать температуру расплавленного аккумулятора на уровне 440 градусов Цельсия. Но в то же время это простой концепт, по крайней мере для электрохимика.

По словам Сэдоуэя, несмотря на быстрый старт, разработка новых аккумуляторов — долгий процесс. Венчурные капиталисты не хотят вкладывать в продолжительные проекты, в то время как существует много стартапов, предлагающих мгновенную выгоду.

«В каждой большой отрасли эта самая отрасль мешает инновациям», — утверждает Сэдоуэй. По его словам, существующие производителей аккумуляторов слишком много инвестировали в литий-ионные батареи. Эта технология пришла извне отрасли. То же самое должны сделать новые аккумуляторы.

В 2010 году Сэдоуэй основал компанию Ambri, которая занялась разработкой новых батарей. Сейчас в команде работает около 40 человек, цель которых — создать работающий прототип. По словам электрохимика, Ambri потребуется меньше года, чтобы начать продажу первых коммерческих моделей.

Конкурентная отрасль

Жидкие аккумуляторы — не единственная инновация. Более того, это даже не очевидный лидер среди существующих разработок. Сейчас также ведутся работы над литий- и цинк-воздушными аккумуляторами.

Один из главных конкурентов Сэдоуэя — компания Aquion, основанная в 2008 году профессором Университета Карнеги — Меллон Джеем Уитакре.

Уитакре работает над аккумулятором, который называют «солоноводным». Ни один из компонентов аккумулятора не несет в себе риски литий-ионных батарей. «Наш подход очень прост. В наших батареях нет ничего токсичного, едкого или такого, что легко воспламеняется», — подчеркивает Уитакре. Их также очень легко собирать.

Батареи Aquion присутствуют на рынке более трех лет и установлены как в домах, так и в коммунальных учреждениях. В прошлом году они совместно с солнечной энергетической системой питали несколько зданий на протяжении шести месяцев — за этот период не потребовалось вмешательство дизельной электростанции.

Будут ли батареи инновационными в будущем? Сложный вопрос. «Заниматься этим — не так круто, как работать в Apple. Но я считаю, что люди понимают всю его важность и именно это делает разработку аккумуляторов интересной», — говорит сотрудник Aquion Мэтт Марун.

Напомним, ранее AIN.UA рассказывал о предпринимателе, который хочет лечить людей от депрессии и болезни Альцгеймера, «связав» их мозг с компьютером.