В нынешнем феврале электроседан Tesla Model S проходил тест-драйв в северо-восточной части США. И не прошёл его: попытка доехать от Вашингтона до Бостона провалилась, хотя водитель вёл на 96 км/ч вместо разрешённых 105 и (в феврале) отключил отопление салона. Всё решила одна ночёвка: оставив с вечера машину с количеством электричества в батареях, достаточным, чтобы проехать 144 км (больше того, что оставалось до Бостона), с утра шофёр нашёл в Tesla Model S запас хода всего на сорок километров...
Так акции производителя упали на 3%, а в «Твиттере» главы компании Элона Маска (+ SpaceX, помните?) появилось такое сообщение: «Статья NYTimes о дальности Tesla в холодное время года — обман».
В теории всё просто замечательно. Осталось «только» выяснить, из-за чего деградирует электролит. (Иллюстрация Pascal Hartmann et al.)
Конечно, обвинять Tesla Motors в случившемся глупо. Холод и литиевые батареи — две вещи до сей поры несовместные. Эти и другие сложности с литиевым мейнстримом заставляют ту же Toyota использовать менее эффективные, но более надёжные материалы.
Можно ли впрячь в один аккумулятор и то и другое? Группа учёных под руководством Паскаля Хартмана (Pascal Hartmann) из Физико-химического института Гиссенского университета имени Юстуса Либиха (ФРГ) сделала попытку, применив новые материалы. Ранее те же учёные работали над литиево-воздушными батареями, и опыт привёл немцев к мысли, что причиной необратимости отдачи заряда в них является нестабильность электролита и других компонентов ячеек в присутствии высокоактивного O2, который образуется в момент разряда.
Так было решено использовать вместо лития натрий. Дело в том, что с кислородом эти вещества взаимодействуют по-разному: натрий, в отличие от лития, почти сразу формирует устойчивый NaO2, которым значительно проще управлять и который (теоретически) не несёт риска деградации батареи при многочисленных циклах заряда-разряда. Он не разлагается, что позволяет сделать реакцию обратимой для выполнения зарядки аккумулятора.
Реализовав задуманное, учёные добились плотности энергии в 1 605 кВт•ч на килограмм. На первый взгляд, мы в шаге от нирваны: литиевые батареи только-только получили в восемь раз меньшие (!) цифры в массовом производстве. Да и аккумулятор его авторы описали как очень простой: натриевый электрод, электролит и воздухопроницаемый углеродный электрод. В принципе, такие изделия на конвейере должны быть дешёвыми, ибо натрий несравнимо распространённее лития.
Увы, вопреки теоретическим выкладкам о большей стабильности, емкость натрий-воздушных аккумуляторов уменьшается с каждой перезарядкой и после восьми циклов стремится к нулю. Нет, это, конечно, не фактически одноразовые литий-воздушные батареи, но хорошего тоже мало. Исследователи отмечают неприятную особенность ситуации: неясны теоретические механизмы, которые ведут к столь низкой живучести батарей.
И всё-таки работа с аккумуляторами такого рода выполнена впервые, и слишком многого от пионерского начинания ждать нельзя. С другой стороны, учёных обнадёживает отсутствие теоретических барьеров для создания стабильных батарей на такой основе; они надеются, что сумеют преодолеть все проблемы и добиться стабильной работы системы с энергоёмкостью, многократно превосходящей существующие литий-ионные аккумуляторы.
Отчёт об исследовании опубликован в журнале Nature Materials.
Подготовлено по материалам Ars Technica.
Источник: science.compulenta.ru
