Найдена альтернатива литий-ионным батареям электромобилей

Литий-ионные батареи прошли долгий путь, и по многим позициям они продвинулись не настолько далеко, как хотелось бы. Они заряжаются быстрее, чем раньше, но пока не исчерпали себя для улучшений. Материалы, из которых их производят, особенно кобальт и никель, являются дорогими, к тому же их добыча сложна и сопряжена с высокими экологическими издержками. Поэтому исследователи изо всех сил пытаются найти альтернативные материалы, в числе которых марганец и натрий. Теперь у них может быть еще один конкурент: TAQ.

Органические полимеры вместо кобальта и никеля

В отличие от почти любого другого химического состава литий-ионных аккумуляторов, TAQ представляет собой органическое соединение, в основном состоящее из углерода. Использование органических материалов для катодов – отрицательно заряженной части аккумуляторного элемента – стали рассматривать из-за того, что они могут хранить больше энергии при меньших затратах. Но до сих пор материалы-кандидаты были недолговечными, поскольку они имеют тенденцию растворяться в жидких электролитах, обычно используемых сегодня в промышленности.

Новый материал не растворяется в электролитах, а его плотность энергии на 50% выше, чем у NMC (никель – марганец – кобальт), одного из наиболее распространенных химических составов литий-ионных аккумуляторов.

TAQ (сокращение от бис-тетрааминобензохинона), состоит из углерода, азота, кислорода и водорода. Структура аналогична структуре графита, который сегодня почти повсеместно используется в качестве материала анода.

Материал был открыт специалистами Массачусетского технологического института в лаборатории Мирчи Динкэ, который сотрудничает с Lamborghini в сфере разработки оптимальных технологий для создания компактного и надежного аккумулятора. Таким образом компания Lamborghini, которая ранее в своей модели Sian использовала разработанный в лаборатории Динкэ суперконденсатор, запатентовала этот перспективный материал и его полимерный аналог поли(бис-тетрааминобензохинон).

Новые материалы показали высокую емкость хранения заряда и высокую скорость зарядки. TAQ смог за 33 секунды накопить 310 мА∙ч заряда, что примерно в два раза больше в сравнении с катодами современных литий-ионных аккумуляторов. К тому же новый композитный материал оставался стабильным и работоспособным после 2000 перезарядок.

Прежде чем катоды на основе TAQ появятся на рынке, они должны пройти дополнительные испытания, но исследователи оптимистичны в отношении того, что они смогут создать высокоэнергетические, долговечные и быстро заряжающиеся батареи, необходимые для ускорения глобального перехода к будущему возобновляемой энергии.

Новый материал не содержит дорогих кобальта и никеля, а использование ионов магния или натрия позволят существенно сократить расходы на производство батарейных элементов, а следовательно, аккумуляторные элементы в перспективе могут стать дешевле.

Натрий вместо лития: дешевле, но тяжелее

TAQ является не единственной в своей сфере инновацией. Исследователи из Аргоннской национальной лаборатории изобрели и запатентовали новый катодный материал, в который ионы лития заменены натрием. Благодаря этому, материал будет значительно дешевле. Изучение натрий-ионных батарей ведется уже около 10 лет, и разработанная конструкция катодной структуры делает натрий-ионные батареи привлекательной альтернативой для недорогих и более экологичных электромобилей.

Технология производства натрий-ионных аккумуляторов почти не отличается от распространенных литий-ионных, поэтому может быть внедрена достаточно быстро. Важным преимуществом является то, что натрий-ионные аккумуляторы могут сохранять зарядную способность при температурах ниже нуля и не допустить разрядки автомобильных аккумуляторов при больших морозах.

Но у этой чудо-батареи есть одна проблема. Металлический натрий примерно в три раза тяжелее лития, и это значительно увеличивает вес батареи, а дополнительный вес приводит к сокращению запаса хода. На сегодняшний день именно этот недостаток препятствует проникновению натрий-ионных аккумуляторов на рынок электромобилей.

Источники: techcrunch.com, techxplore.com