Если нам нужно указать на один из ключевых элементов нашей стратегии борьбы с глобальным потеплением, то это будут батареи. На данный момент они являются предпочтительным выбором для перехода в автомобили и другие транспортные средства; и все же им, хотя и в гораздо большем масштабе, необходимо рассмотреть вопрос о замене ископаемого топлива возобновляемыми источниками энергии в энергетическом секторе. Сегодняшние литий-ионные и аналогичные батареи выглядят достаточно продвинутыми, чтобы справиться с этой задачей. Есть только одна проблема: они все еще довольно дороги. Цена за киловатт-час упала в десять раз за последнее десятилетие, но теперь ясно, что дальнейшее снижение будет затруднено, поскольку сырье, такое как литий, никель и кобальт, дорожает вместе с растущим спросом. Bloomberg NEF даже прогнозирует, что в 2022 году впервые за много лет стоимость аккумуляторов вырастет, а не уменьшится, примерно до 135 долларов за киловатт-час.
Стоимость аккумулятора, изобретенного учеными Имперского колледжа Лондона, более чем в 50 раз ниже, чем у литий-ионных аккумуляторов. Большая батарея для электромобиля, такого как BMW iX, сделанная с использованием этой технологии, будет стоить около 250 долларов вместо 13 000 долларов, которые она стоит сегодня, но все может кардинально измениться с новой технологией аккумуляторов, представленный учеными инженерного факультета Имперского колледжа Лондона. Одно из основных сырьевых материалов для этой технологии несравненно дешевле и доступнее лития: обычный… воздух.
Группа под руководством ректора факультета профессора Найджела Брэндона открыла практически новый тип проточных окислительно-восстановительных батарей, или редокс, как их сокращенно называют.
Батареи мгновенного действия известны давно — по системе протекают два отдельных электролита, не соприкасаясь друг с другом, разделенные тонкой пористой мембраной. Ионный обмен происходит через мембрану, сопровождаемый электрическим током. Эта технология имеет огромное преимущество, особенно когда речь идет о автомобильных приложениях — после окончания зарядки вы можете просто заправить АЗС электролитом, в то время как вы заполните бак бензином.
Но есть два существенных недостатка: мембрана не является достаточно хорошим барьером для полного отделения двух электролитов друг от друга, а постепенный обмен между ними в конечном итоге сокращает срок службы батареи. И наиболее часто используемым материалом электролита является ванадий, который довольно дорог.и поступает она в основном из России и Китая — очень деликатных источников в нынешнем положении дел в мире.
Однако Брэндон и его коллеги придумали умное решение обеих проблем. Батарея у них не с одной, а с двумя отдельными мембранами, разделенными раствором едкого натра. Сами электролиты разные — один жидкий, другой — газообразный. Жидкость представляет собой раствор полисульфидов. Газообразный – наиболее распространенный атмосферный воздух. Это резко снижает стоимость аккумулятора — вместо вышеупомянутых 135 долларов за киловатт-час для литий-ионных здесь будет всего около 2,5 долларов, сообщает команда в своей публикации в престижном Nature Communications.
Даже если она не подходит для использования в автомобилях, новая технология кажется отличным решением для стационарного хранения электроэнергии от солнечных и ветряных электростанций. И будет выпускать такое сырье, как литий и никель для автомобильной отрасли. Единственным недостатком технологии на данный момент является очень низкая выходная мощность, во много раз ниже, чем у литий-ионных аккумуляторов. Но, по словам Брэндона, это можно легко исправить путем дальнейшего усовершенствования мембран и используемого катализатора. Университетская компания-разработчик RFC Power уже начала работу над коммерческим применением этого открытия, и Брэндон считает, что двухмембранную технологию можно использовать с другими типами батарей.