Электроаккумуляторы нового типа обещают транспортную революцию?

Читая новостную ленту сайта www.membrana.ru, я наткнулся на интересную штуку: «Министерство энергетики США (DOE) выделило грант в $5,13 миллиона молодой аризонской компании Fluidic Energy на постройку прототипов долговечных металло-возд ушных батарей с удельной ёмкостью на порядок большей, чем у литиево-ионных аккумуляторов».

Сумма немаленькая, а американцы — народ практичный и просто так деньги давать не  будут. И формулировка «на порядок» означает десятикратную разницу по сравнению с передовыми промышленными технологиями накопления электроэнергии.

Принцип работы новых «батареек» вопросов не вызывает – в качестве анода используется металл, который в процессе работы окисляется кислородом из воздуха, а при заряде батареи восстанавливается. В чем же хитрость? В электролите – теперь это будет не водный раствор, а ионная жидкость! Звучит уже круто – ионные аккумуляторы, почти как ионные двигатели на космических зондах или ионная пушка…жаль, что в космосе работать они не будут – воздуха нет, а включать в конструкцию батарей баллоны с кислородом пока не хочется.

Ионные жидкости в ассортиментеДа и сама ионная жидкость на практике вовсе не является продуктом суперсовременных космических технологий – желающие приобщиться  могут создать стакан такой жидкости прямо у себя на кухне, расплавив натриевую (поваренную) соль! Совершенно верно, догадливый читатель, ионные жидкости – это жидкости, содержащие только ионы, в основном — соли кислот в расплавленном состоянии. Плодово-выгодными являются только соли, имеющие температуру плавления ниже температуры кипения воды, а лучше – комнатную.

До  недавнего времени ионные жидкости в качестве электролита не применялись, так как были нестабильны и чувствительны к перепадам температуры и быстро испарялись на воздухе. Но, химия не стоит на месте, и с 1992 года существуют жидкости, устойчивые к влаге и кислороду. Преимущество, по сравнению с обычным электролитом, очевидно – в концентрате нашего всего (ионов) больше, чем в растворе! А это означает повышение удельной емкости готовой батареи при сохранении и даже уменьшении (по сравнению с другими типами батарей) ее массы.

Кстати, о типах современных промышленных батарей и их удельной емкости – действительно ли все так эпично и разница будет десятикратной? Давайте сравним удельную емкость разных типов электроаккумуляторов, к примеру, по данным Википедии:

  • Свинцово-кислотные, как наиболее распространенные: 30-40 Вт·ч/кг;
  • Никель-кадмиевые (NiCd), всем известные аккумуляторные  батарейки типа АА: 45-65 Вт·ч/кг;
  • Никель-металл-гидридные (NiMh), в нашей стране известны благодаря брэнду GP, отличаются повышенной емкостью: 60-72 Вт·ч/кг;
  • Литий-железо-сульфидные (LiFe), применяются в электроинструментах: 70-120 Вт·ч/кг;
  • Литий-ионные (Li-ion), всеми нами любимые батареи ноутбуков, телефонов и камер: 110-160 Вт·ч/кг;
  • Литий-полимерные (Li-pol), применяются в моделировании, реже (ибо дорого) в электромобилях: 150-170 Вт·ч/кг;
  • Metal-Air Ionic Liquid Battery (MAILB), наш чемпион, обещает: 900-1600 Вт·ч/кг

 

 

Таки да, разница по сравнению с лучшими промышленными образцами обещает быть десятикратной. Теперь испортим праздник: бензин – приблизительно 13000 (тринадцать тысяч) Вт·ч/кг. Разница снова десятикратная.

И где же революция, спросите Вы. Ноутбук со временем работы в несколько суток, или мобилка со временем работы около двух недель (привет от Philips) это конечно здорово, но особо не возбуждает. Гораздо интересней перспективы этих типов батарей в электромобилях. И здесь должен проявить себя коэффициент полезного действия, бессмысленный и беспощадный у двигателей внутреннего сгорания.

КПД обычного атмосферного бензинового ДВС составляет примерно 25% (в идеальных условиях), с турбонагнетателями и охлажденной подачей – до 50% и дальше расти особо некуда. Промышленные электродвигатели в зависимости от конструкции имеют КПД от 60% до 90%, а 85% не считается чем-либо выдающимся. Промышленные двигатели с КПД более 90% и собираются использовать в электромобилях.

Мы не берем в расчет требования жадных до мощности автолюбителей, т.к. электромобиль позиционируется как массовый продукт, который должен будет вытеснить автомобили с ДВС нижнего и среднего ценового диапазона, а на Lanos или кредитной Honda Accord я турбину особо не встречал. С другой стороны, концерн VW делает все для продления жизни ДВС своих авто, а VW Caddy с турбированным 1.4 и мощностью 150 л.с. обещают радовать частных предпринимателей небывалой динамикой процесса доставки ящиков с мандаринами.

Итак, разница в КПД электродвигателя и ДВС составляет 90/25=3,6 раз. Это значит, что для достижения одинакового результата электродвигатель затратит энергии в 3,6 раз меньше чем ДВС. Значит разница в удельной энергоемкости уже не такая большая, 13000/3,6 = 3 611 Вт·ч/кг; Вспомним теперь, что ДВС Lanos’a имеет идеальный КПД в идеальных условия, а электромотор практически во всем диапазоне работ, и в городе получим 80% / 12%=6,66; 13000/6,66=1 951 Вт·ч/кг. Все расчеты очень приблизительны, но мы с большой вероятностью приближаемся к эффективности бензина. И это без использования всех тех технологических наворотов, вроде рекуперации энергии при торможении, солнечных батарей и прочих крохоборских способов добычи электроэнергии, применяемых в современных электромобилях.

Однако популярность Lanos определяется ценой, а отнюдь не изысканными техническими решениями. Сколько будет стоить новый массовый электроланос? Цена новых батарей ожидается чуть выше цены свинцово-кислотных аккумуляторов, что есть хорошо. А вот то, что получив деньги от правительства США, компания Fluidic Energy успела разродиться только сайтом на 2 страницы, где заявляет что индустрия зеленых источников электроэнергии требует новых решений от энергосбережения, а они готовы нести в мир «Cost-Effective, Clean, Safe, Sustainable… Smart!» (пер. «Разумное, Доброе, Вечное…Нидорага!») огорчает. Как и отсутствие рабочего образца новой батареи на промышленных компонентах. Остается надеяться, что это не очередной околонаучный способ развода налогоплательщиков на деньги, прикрытый лозунгами сохранения окружающей среды и счастливого зеленого будущего.

PS: Пессимисты! Соль на кухне придется греть примерно до 800 градусов Цельсия, так что дерзайте!!