Многие страны мира уже в ближайшие 5-10 лет запретят выпуск автомобилей с двигателями внутреннего сгорания – некоторые не признают даже гибридов, отдавая предпочтение только электротранспорту. Но в условной Бельгии или Нидерландах это легко понять – на одном заряде батареи можно при желании проехать половину страны, но в России сеть зарядных станций куда беднее.
Именно ограничение по емкости аккумуляторов тормозит развитие электротранспорта (да и мобильные технологии тоже – батареи меньше не становятся, все упирается в оптимизацию систем).
На этом фоне любые новости о новых разработках в технологиях воспринимаются весьма и весьма позитивно. И одна из разработок была создана в России – в НИЦ «Курчатовский институт». Российские ученые нашли способ обойти известное ограничение в технологиях аккумуляторов – а именно, количество используемого специального материала для создания катализаторов.
Обычно схема топливного элемента построена так: два электрода, между которыми располагается электролит (протонопроводящая мембрана). На поверхности электродов происходит окисление водорода и восстановление кислорода, а мембрана отвечает за перенос протонов между электродами. Электроны двигаются во внешней цепи, производя электроэнергию. Для ускорения реакции используется катализатор – так можно сделать источник электроэнергии более емким при тех же размерах.
Проблема в том, что катализаторы и электроды находятся в агрессивной среде, поэтому в качестве них можно использовать ограниченный перечень материалов. Как правило, используется платина – ее нужно несколько миллиграмм на квадратный сантиметр (а стоит она около 2500 рублей за грамм). Чтобы сэкономить платину, используется сажа (углерод) с наночастицами углерода, но сама сажа может окисляться.
Что придумали российские ученые? Они решили «посадить» платину на альтернативный материал. Сначала пытались использовать графен – но он слишком дорогой (сопоставим с платиной), а потом остановились на восстановленном оксиде графена – он более стабилен, чем сажа. Его восстанавливают прямо в среде с наночастицами платины и так получают нужный материал. Поэтому платины будет нужно на порядок меньше – десятые доли миллиграмма на квадратный сантиметр.
В перспективе это позволит сделать топливные элементы компактнее, сохранив их емкость – соответственно, удельная емкость таких батарей вырастет (как считают ученые – на 17%), а вот за счет сокращения расхода платины производство будет дешевле.
Конечно, ждать, что через полгода АвтоВАЗ начнет штамповать электромобили с запасом хода в 500 километров не стоит – путь изобретения от фундаментального исследования до коммерческого внедрения занимает годы, если не десятилетия. Но направление движения выбрано верно – любые новации в сфере создания компактных и мощных аккумуляторов будут в тренде еще долго.
Сам графен – это буквально лист углерода толщиной в один атом с правильной структурой. Как оказалось, настолько тонкая структура может быть стабильной и выдерживать высокие нагрузки даже при комнатной температуре. Это настолько удивило ученый мир, что в 2010 году британские ученые российского происхождения Андрей Гейм и Константин Новосёлов получили Нобелевскую премию за опыты с этим материалом.
