Дешевле лития в пять раз: в Челябинске разрабатывают аккумулятор нового поколения

Ученые Южно-Уральского государственного университета работают над созданием цинк-воздушных батарей для электротранспорта. По расчетам разработчиков, новая технология позволит получить источник питания с энергоемкостью на уровне литий-ионных аккумуляторов, но с существенно меньшей себестоимостью.

Проектом занимается Молодежная научно-исследовательская лаборатория электромеханических, электронных и электрохимических систем ЮУрГУ. Сейчас перед командой стоит задача — разработать прототип батареи напряжением 24 В и емкостью 18 А·ч.

В основе технологии лежит реакция цинка с кислородом из атмосферного воздуха. В отличие от традиционных аккумуляторов, здесь не требуется запасать активный материал катода внутри элемента: его роль выполняет кислород, поступающий из окружающей среды. Это позволяет упростить конструкцию и потенциально снизить стоимость батареи. По предварительным оценкам, она может быть примерно в пять раз дешевле литий-ионных аналогов.

В лаборатории рассматривают два направления развития технологии. Первое — создание первичных цинк-воздушных батарей, которые нельзя заряжать от электросети. После выработки ресурса катодный блок заменяют новым. Такая схема может быть востребована в промышленном электротранспорте, где важны низкая стоимость эксплуатации и минимальное время простоя техники.

Второе направление — электрически перезаряжаемые Zn-air аккумуляторы. В отличие от первичных элементов, они смогут многократно восстанавливать заряд. Это более сложная технологическая задача, которой ученые ЮУрГУ планируют заняться в перспективе.

Разработчики также рассчитывают на экологические преимущества новой системы. Цинк — распространенный металл, пригодный для вторичной переработки. Кроме того, технология не требует использования кобальта и других компонентов, применяемых в некоторых типах литий-ионных аккумуляторов.

В отличие от литиевых аккумуляторов, добыча которых связана с огромным потреблением воды, разрушением почв и сложной логистикой, цинк — распространенный и безопасный металл, — отмечает руководитель лаборатории Владимир Живулин.

По его словам, использование кислорода из воздуха в качестве активного материала катода также позволяет сократить количество веществ, которые необходимо производить и утилизировать. При этом окончательную оценку экологичности технологии можно будет дать после проведения исследований полного жизненного цикла батарей.

В первую очередь разработка ориентирована на малогабаритный электротранспорт. Среди возможных сфер применения — складские погрузчики, сервисные роботы, легкие трициклы и микроавтомобили. Напряжение 24 В позволит использовать отдельные элементы в составе более мощных энергетических систем. В дальнейшем это может расширить возможности применения технологии и в более тяжелой технике.

Ещё одна идея лаборатории — объединить цинк-воздушные и уже разрабатываемые в университете цинк-ионные аккумуляторы в единую гибридную систему.

В лаборатории считают, что у разработки есть потенциал не только для локального применения. По словам Владимира Живулина, в России этим направлением сейчас занимаются немногие научные коллективы. Это дает ЮУрГУ возможность сформировать собственную компетенцию в области металл-воздушных энергетических систем.

Подписывайтесь на CHEL.DK.RU в MAX.