Недостатки литий-ионных батарей негативно влияют на производство электромобилей и другого электродвижимого автономного транспорта.
Фото: Степанов/Интерпресс/ТАСС
Ученые Самарского национального исследовательского университета имени академика С.П. Королева начали работу над созданием аккумуляторных батарей из алюминия. Они будут безопаснее, дешевле и экологичнее нынешних литий-ионных батарей, и смогут найти широкое применение в электромобилях и системах хранения энергии. Директор МНИЦТМ (Межвузовского научно-исследовательского центра по теоретическому материаловедению), профессор Самарского университета Владислав Блатов рассказал «Русской планете», как сделать невозможное реальностью, будут ли по улицам российских городов ездить электромоторы и смогут ли новые ионные батареи победить нефть и газ.
– В чем преимущество алюминиевых батарей перед литий-ионными и недавно разработанными натриевыми батареями?
– Преимущество заключается в том, что, во-первых, алюминий дешевле лития и натрия, а во-вторых, ионы алюминия несут в три раза больший заряд, чем литий и натрий. Значит, алюминиевые батареи могут накапливать большую энергию, и обеспечивать больший электрический ток, чем аналогичные литиевые и натриевые аккумуляторы. Проблема была и остается в том, что алюминию, опять-таки из-за его высокого заряда, трудно перемещаться внутри проводника, и еще недавно считалось, что создать алюминий-ионные проводники невозможно. Однако наука уже множество раз доказывала, что невозможное может стать реальностью. Над этим мы и работаем.
– В какой степени сложность и дороговизна производства литий-ионных батарей мешают распространению электромобилей? Можно ли сказать, что именно электромобили — это транспорт будущего?
– Безусловно, указанные недостатки литий-ионных батарей негативно влияют на производство электромобилей и другого электродвижимого автономного транспорта. Однако необходимо принимать во внимание еще, по крайней мере, два фактора: запасаемая мощность (заряд) литий-ионных батарей все еще недостаточно велика, чтобы обеспечить комфортную продолжительность движения без подзарядки, а также то, что запасы лития в природе ограничены. Подсчитано, что всего разведанного лития хватит на производство примерно 2 млрд электромобилей. Много? Но ведь литий нужен и на другие цели. Алюминий же практически неисчерпаем.
Да, безусловно, я убежден, что электромоторы скоро сменят двигатели внутреннего сгорания. Конечно, это произойдет постепенно: чем мощнее требуется двигатель, тем дольше старые чадящие моторы будут удерживать свои позиции. Но их эра все равно подходит к концу — они уйдут, как ушли в прошлое тягловые лошади или паровые двигатели. Этот процесс уже происходит. Я только что приехал из Китая, и был поражен, сколько у них на улицах мотороллеров с электродвигателями. Бесшумные, экологически чистые… Сколько электромобилей — сказать не берусь, но ведь для мотороллера мотор требуется существенно меньшей мощности.
– В официальном сообщении о разработке алюминиевых батарей говорится, что они могут быть использованы и в системах хранения энергии. Так ли это и каков здесь механизм работы батарей?
– Батарея и есть хранилище энергии. Вы ее заряжаете, в результате она накапливает электрический заряд, так как ионы-носители (например, натрия) принимают электроны и переходят в атомарное (незаряженное) состояние. В процессе разрядки атомы отдают электроны назад в электрическую цепь и снова становятся ионами.
Владислав Блатов. Фото: Виолетта Рябова /news.samsu.ru
– Насколько это может помочь преодолеть зависимость от ископаемых источников топлива (нефть, газ, уголь) и перейти к активному использованию альтернативных источников энергии?
– Я думаю, что полностью электрические батареи заменят традиционные источники энергии нескоро. Скорее всего, они даже не успеют это сделать. Наука изобретет еще более эффективные двигатели, например, ядерные, или основанные на явлении сверхпроводимости. Но несомненно то, что ионные батареи помогут существенно улучшить нынешнюю экологическую обстановку и снизить зависимость экономики от объема нефтегазовых месторождений. Что меня неприятно поразило в Китае — это то, что фактически вся страна покрыта облаками смога. Не поэтому ли китайцы так развивают электротранспорт?
– Сфера ваших научных интересов — прогнозирование новых материалов. Что это такое? Можно ли таким образом создать, к примеру, идеальные материалы для тех же электромобилей или солнечных батарей?
– Мы прогнозируем новые материалы, как говорили раньше, «на кончике пера», а теперь будет правильнее сказать «на экране компьютера». Любое проектирование нового материала в современной науке начинается как раз с компьютерного расчета. Часто, чтобы понять — полезен ли будет материал, будет ли он обладать нужными свойствами — не требуется получать его в лаборатории, достаточно смоделировать его в компьютере. При этом экономится огромное количество времени и средств — компьютерный расчет гораздо быстрее и дешевле «живого» эксперимента.
– Одно из направлений вашей работы — это создание химического соединения, которое может использоваться в быту для распознавания запаха газа. Как вам пришла идея разработать такое соединение, и как будет реализовываться эта идея для простых граждан, чтобы они могли чувствовать себя в безопасности в своих квартирах и домах?
– Химические сенсоры – это не наше изобретение, они разрабатываются во многих лабораториях мира. Мы планируем принять участие в создании отдельного класса таких сенсоров, основанных на материалах нового типа. Разрабатываемые нами методы математического моделирования очень хорошо применимы к таким веществам.
В квартирах будущего, конечно, будут приборы, которые будут фиксировать степень загрязненности воздуха различными веществами. Только вот, если установить их в современной городской квартире, они нам каждый день будут портить настроение своими тревожными показаниями. Надеюсь, что к моменту установки таких датчиков улицы будут уже заполнены электромобилями, и приборы будут давать нам только хорошую информацию!
Подпишись: