Преобразование солнечной и ветровой энергии в надежный источник 24/7 так же надежно, как и обычный уголь. Это позволит избавить потенциальных владельцев электромобилей от недовольства "малыми дистанциями", нивелировать главный недостаток смартфонов и ноутбуков.

Это лишь несколько преимуществ из множества, которые предоставят нам новые многоразовые мощные аккумуляторы, способные работать неделями. Если верить экспертам, мы имеем такие технологии.

Современный чемпион - литий-ионная батарея

Область применения: практически все - гаджеты, электромобили, аккумуляторы для возобновляемой "зеленой" энергии.

Преимущества: запас в совершенствовании технологии.
Недостатки: большинство усовершенствований уже сделаны, существуют реальные вопросы по поводу безопасности.

Они остаются безоговорочными лидерами в накоплении энергии так как имеют высокий "удельный вес" заряда на единицу массы.

Литий-ионную батарею можно представить, как крошечную водонапорную башню. Когда вы заряжаете свой смартфон, электроны "закачиваются" в специальный отсек "анод", где они увлекаются ионами лития. Включение устройства - то же самое, что открытие крана: электроны начинают течь по внешнему электрическому кругу смартфона и в конце концов попадают в коллектор - "катод".

В то же время, ионы лития движутся в обратном направлении к катоду, где они снова соединяются с электронами, однако эта рекомбинация означает потраченную мощность.

Безопасность литий-ионных батарей

Проблема заключается в растворителе литиевых батарей - диэтилкарбонате, огнеопасном материале. В 2013 году литиевые аккумуляторы стали причиной пожара на самолете Boeing 787.

Опасный фактор литиевых аккумуляторов может быть устранен, если будет введена новая технология из Университета Мериленда. Чуншенг Вонг и его коллеги предложили использовать в качестве растворителя специальный соляной раствор, который может не менее эффективно переносить ионы лития. Команда Вонга считает, что точная настройка химии в литиевых аккумуляторах позволит продвинуть технологию вперед.

Li-S Литий-серные батареи

Область применения: гаджеты, электромобили, аккумуляторы для самодостаточных домохозяйств.

Преимущества: потенциально в 5 раз выше энергетическая плотность по сравнению с литий-ионными.
Недостатки: короткий срок службы по сравнению с литий-ионными.

Похоже, что литий-серные батареи попадут в коммерческое производство уже в следующем году. Так считает Камерон Шерер из Университета Флиндерса, Австралия. Британская компания OtisEnergy планирует начать производство литий-серных аккумуляторов для электромобилей и солнечных панелей в 2017-м. Со временем, новые батареи должны также появиться в смартфонах.

Простая конструкция и более простая химия аккумуляторов, по крайней мере на бумаге, позволяет говорить о том, что литий-серные в пять раз мощнее литий-ионных. Среди прочего, они дешевле, ведь сера не является ценным минералом.

Литий-серные батареи пока считаются проблемными - сера имеет особенность реагировать с ионами лития и забивать поры в катоде. К тому же, сера со временем начинает разлагаться. Над решением этой проблемы работали химики из Исследовательского института Тойоты в США. В своей работе, они предложили обернуть серу тонкой полимерной пленкой, которая будет держать ее вместе.

Камерон Шерер считает, что литий-серные батареи по надежности и выносливостью догонят литий-ионные уже через 10 лет.

Литий-воздушные батареи

Область применения: гаджеты, электромобили.
Преимущества: очень легкие и в теории имеют в 10 раз выше энергетическую плотность.
Недостатки: очень короткий срок службы (сейчас).

Вместо использования серы для абсорбирования лития катодом, они используют кислород из воздуха. Когда аккумулятор заряжен, кислород снова выводится из системы. Благодаря этому литий-воздушные батареи очень легкие, и в теории накапливают в 10 раз больше энергии, чем литий-ионные того же веса. Поэтому, представьте, что ваш смартфон держит заряд целую неделю, или электромобиль, имеющий запас хода больше бензинового автомобиля с полным баком.

Эксперты соглашаются, что в случае производства литий-воздушных аккумуляторов до промышленного уровня, человечество получит наиболее энергетически плотное устройство из доступных.

И хотя литий-воздушные аккумуляторы еще больше со временем теряют емкость через паразитные частицы в воздухе, исследователи из Кембриджа работают над улучшением анода. Можно говорить, что литий-воздушные аккумуляторы попадут на рынок через 10 лет.

Медленные и дешевые натриевые аккумуляторы

Область применения: электромобили, аккумуляторы для самодостаточных домохозяйств.
Преимущества: дешевле литий-ионных.
Недостатки: низкая эффективность.

Литий несколько утолил нашу технологическую жажду портативной электроники, однако спрос на этот элемент только растет. На аккумуляторы одного электромобиля нужно около четырех килограммов лития, а назвать литий дешевым очень трудно. Поэтому со временем цены на энергетический материал будут только расти.

Впрочем, существует альтернатива - натрий. Натриевые аккумуляторы работают так же, как литиевые, однако, они используют дешевый и распространенный натрий в качестве источника электронов. Натрий недостаточно надежен для мобильных устройств и электромобилей, но для солнечной энергетики это не является проблемой. Американская компания с офисом в Великобритании AquionEnergy уже занимается продажей натриевых аккумуляторов именно с таким назначением.

Что же будет в случае роста цен на литий? Очевидно, это станет стимулом для массового производства натрий-ионных аккумуляторов. По некоторым подсчетам, уже через 5 лет натрий можно будет найти в смартфонах и ноутбуках.

Потоковый аккумулятор

Область применения: аккумуляторы для самодостаточных домохозяйств.
Преимущества: дешевые и надежные.
Недостатки: низкая удельная энергия, большие габариты из-за наличия контейнеров с жидкостями и насоса.

Потоковые батареи должны стать энергетическими тяжеловесами для дома с солнечными панелями.

Эти "малютки" не имеют ни анода, ни катода, они накапливают энергию, перегоняя электроны между двумя резервуарами с жидкостями. Большинство потоковых батарей используют ванадий вместо лития. Если ионам лития нужен для рекомбинации анод или катод, ванадий остается стабильным в растворе.

Поточные аккумуляторы имеют значительно больший ресурс, ведь они не содержат твердых электродов, которые со временем разрушаются. Если вам нужно увеличить их энергетическую емкость, нужно лишь добавить раствор.

Главный недостаток заключается в низкой плотности энергии. Ионы потребуют большое количество жидкости, чтобы оставаться стабильными, а для их равномерного распределения необходим циркуляционный насос. Поэтому неудивительно, что сами конструкции больше напоминают холодильник, а такую штуковину вы вряд поставите в электромобиль.

Новые технологии изготовления искусственных материалов подталкивают всю энергетическую отрасль. Возможно, что уже лет через 5 мы получим массовое производство элементов аккумуляторов на 3D-принтерах, а литий-воздушные аккумуляторы выйдут из лаборатории и попадут в наши дома.