Электрохимическая ячейка впервые превзойдет по энергоемкости бензин

Группа исследователей из университета Массачусетса в Бостоне (University of Massachusetts, Boston) во главе с доктором Стюартом Личтом (Stuart Licht) разработала новый тип возобновляемого электрохимического источника тока. По расчётам, он впервые сможет превзойти по удельной ёмкости бак с бензином, а также — все другие электрохимические генераторы и все типы перезаряжаемых аккумуляторных батарей.

Пока это только первое исследование, подкреплённое вычислениями и химическими опытами, однако если оно дойдёт до практического устройства, пригодного для массового применения, это может означать новый этап в истории электромобилей. Ведь их распространение сдерживает отсутствие источников питания электромоторов, способных потягаться с бензином по удельной (на литр объёма) ёмкости.

Авторы работы, опубликованной в ChemComm, подчёркивают — когда они говорят о превосходстве новой системы хранения энергии над бензином, подразумеваются практически достижимые значения удельной ёмкости, с учётом всех потерь. То есть включая реальный КПД мотора для бензинового авто, а для электрохимического бортового генератора — потери напряжения в элементе, необходимость в электродах, электролите, корпусе и прочих узлах и деталях самой системы, занимающих немалый объём и имеющих существенный вес, и так далее...

Итак, новый тип электрохимической ячейки может превзойти по "калорийности" и бензин (причём — почти вдвое), и жидкий водород (в два с лишком раза), и воздушно-цинковые элементы (почти втрое), и литиево-ионные батареи (в десять раз), и уж тем более — свинцово-кислотные аккумуляторы (примерно в 60-70 раз).

Называется новинка vanadium boride air cell, что можно перевести как воздушно-ванадиево-боридный элемент. По принципу действия и устройству, а также по составу электролита и катода он сходен с давно известным воздушно-цинковым элементом (zinc-air fuel cells), в котором электричество производится при окислении цинка. Последний находится в самом элементе, и по израсходовании этого топлива его нужно менять — путём смены каких-либо картриджей или цинковой пасты.

Точно так же дело обстоит и в ванадиево-боридном генераторе. Только топливом служит не цинк, а борид ванадия. Причём окисляются оба элемента, так что при работе новой ячейки образуются оксид ванадия и оксид бора.

Каковы же его возможности? Теоретическая плотность энергии самого VB2 составляет 27 киловатт-часов на литр. А вот практическую плотность энергии, с учётом присутствия всех реальных элементов такой ячейки, авторы исследования оценили как 5 киловатт-часов на литр. Сравните это с бензином: 9,6 киловатт-часа на литр для самого топлива в теории и 2,7 киловатт-часов на литр — на практике, с учётом реального КПД ДВС.

Те же серийные воздушно-цинковые батареи со сменными картриджами, родственные VB2-ячейке, обладают фактической удельной ёмкостью 1,75 киловатт-часа на литр, а типичные литиевые аккумуляторы могут похвастать лишь показателем в 0,5 киловатт-часа на литр.

Интересно, что в своей работе авторы предусмотрели решение многих проблем ванадиево-боридного элемента. Скажем, коррозию VB2, приводящую к быстрой потере ёмкости, но главное — к выпуску водорода, который может разрушить элемент и к тому же — огнеопасен. Учёные говорят, что стабилизировать анод из борида ванадия довольно легко путём нанесения на него тонкого покрытия из диоксида циркона.

Группа исследователей из университета Массачусетса в Бостоне (University of Massachusetts, Boston) во главе с доктором Стюартом Личтом (Stuart Licht) разработала новый тип возобновляемого электрохимического источника тока.

По расчётам, он впервые сможет превзойти по удельной ёмкости бак с бензином, а также — все другие электрохимические генераторы и все типы перезаряжаемых аккумуляторных батарей.

Пока это только первое исследование, подкреплённое вычислениями и химическими опытами, однако если оно дойдёт до практического устройства, пригодного для массового применения, это может означать новый этап в истории электромобилей. Ведь их распространение сдерживает отсутствие источников питания электромоторов, способных потягаться с бензином по удельной (на литр объёма) ёмкости.

Авторы работы, опубликованной в ChemComm, подчёркивают — когда они говорят о превосходстве новой системы хранения энергии над бензином, подразумеваются практически достижимые значения удельной ёмкости, с учётом всех потерь. То есть включая реальный КПД мотора для бензинового авто, а для электрохимического бортового генератора — потери напряжения в элементе, необходимость в электродах, электролите, корпусе и прочих узлах и деталях самой системы, занимающих немалый объём и имеющих существенный вес, и так далее...

Итак, новый тип электрохимической ячейки может превзойти по "калорийности" и бензин (причём — почти вдвое), и жидкий водород (в два с лишком раза), и воздушно-цинковые элементы (почти втрое), и литиево-ионные батареи (в десять раз), и уж тем более — свинцово-кислотные аккумуляторы (примерно в 60-70 раз).

Называется новинка vanadium boride air cell, что можно перевести как воздушно-ванадиево-боридный элемент. По принципу действия и устройству, а также по составу электролита и катода он сходен с давно известным воздушно-цинковым элементом (zinc-air fuel cells), в котором электричество производится при окислении цинка. Последний находится в самом элементе, и по израсходовании этого топлива его нужно менять — путём смены каких-либо картриджей или цинковой пасты.

Точно так же дело обстоит и в ванадиево-боридном генераторе. Только топливом служит не цинк, а борид ванадия. Причём окисляются оба элемента, так что при работе новой ячейки образуются оксид ванадия и оксид бора.

Каковы же его возможности? Теоретическая плотность энергии самого VB2 составляет 27 киловатт-часов на литр. А вот практическую плотность энергии, с учётом присутствия всех реальных элементов такой ячейки, авторы исследования оценили как 5 киловатт-часов на литр. Сравните это с бензином: 9,6 киловатт-часа на литр для самого топлива в теории и 2,7 киловатт-часов на литр — на практике, с учётом реального КПД ДВС.

Те же серийные воздушно-цинковые батареи со сменными картриджами, родственные VB2-ячейке, обладают фактической удельной ёмкостью 1,75 киловатт-часа на литр, а типичные литиевые аккумуляторы могут похвастать лишь показателем в 0,5 киловатт-часа на литр.

Интересно, что в своей работе авторы предусмотрели решение многих проблем ванадиево-боридного элемента. Скажем, коррозию VB2, приводящую к быстрой потере ёмкости, но главное — к выпуску водорода, который может разрушить элемент и к тому же — огнеопасен. Учёные говорят, что стабилизировать анод из борида ванадия довольно легко путём нанесения на него тонкого покрытия из диоксида циркона.