Аккумуляторные батареи нужны всем, их производство — это громадный рынок, объем которого оценивается в районе в $400 млрд. Поэтому неудивительно, что многие десятки компаний и лабораторий заняты созданием новых типов аккумуляторов, стремясь в первую очередь повысить их энергоемкость, срок службы, ускорить зарядку, заменить дорогие компоненты батареи на более дешевые.
Сейчас самые популярные аккумуляторы — литий-ионные. Они так важны для мировой экономики, что в 2019 г. Нобелевский комитет вручил премию по химии за их создание Джону Гуденафу (John Goodenough), Стэнли Уиттингему (Stanley Whittingham) и Акире Йошино (Akira Yoshino).
Мировое производство литий-ионных аккумуляторов в настоящее время составляет около 160 ГВт*ч в год, и оно очень быстро наращивается. Немецкий эксперт Роланд Зенн (Roland Zenn) опубликовал карту с указанием работающих и строящихся «батарейных» фабрик. Когда эти заводы войдут в строй, они будут выпускать за год аккумуляторы суммарной емкостью 430 ГВт*ч, этого хватит для 4,8–5 млн автомобилей (сейчас в год выпускается около 2,3 млн). Аналогичные планы есть и в Америке, и в странах Азии.
Действующие европейские фабрики по производству литий-ионных аккумуляторов и планы по созданию новых
Однако производство ионно-литиевых устройств зависит от таких материалов, как кобальт и никель, запасы которых ограничены (как и самого лития), эти батареи имеют тенденцию воспламеняться. Поэтому их совершенствование — не единственный вариант развития индустрии. Сейчас многие ученые работают над созданием литий-металлических аккумуляторов, эти элементы питания будут иметь удельную энергию элемента больше на 35%, что позволит создавать аккумуляторные батареи, которые могут обеспечить 350 или 400 ватт-часов на килограмм и 1000 ватт-часов на литр. Текущие литий-ионные аккумуляторы имеют удельную энергию около 150 Вт*ч/кг и плотность энергии ближе к 250 Вт*ч/л.
Samsung разработала литий-металлический аккумулятор, который может иметь жидкий электролит и позволяет запасти почти вдвое больше энергии. А Tesla запатентовала в прошлом году литий-металлические батареи без использования анодов.
Еще одно перспективное направление разрабатывают российские ученые из Института общей и неорганической химии совместно с коллегами из Израиля и Австралии. Они получили материал на основе восстановленного оксида графена и сульфида сурьмы и протестировали его в качестве анода калий-ионного аккумулятора — перспективного аналога литий-ионных. Удельная емкость нового материала — более 650 мАч/г, что намного выше, чем у других экспериментальных образцов (сульфидов фосфора, кобальта, олова, сурьмы). К тому же калий намного более распространен, чем литий, мировых запасов которого на грядущую «революцию электромобилей» может и не хватить.
Пока это еще перспективная разработка, однако в данном направлении у России есть шанс оказаться в числе лидеров. Если, конечно, проблема и ее решение попадутся на глаза высшему руководству страны, и оно включит их в какую-нибудь нацпрограмму.
