В последнее время электромобили приобрели невероятную популярность, так как лишены ряда недостатков, характерных для машин с двигателем внутреннего сгорания. Но в то же время они сами имеют некоторые серьезные минусы. Пожалуй, главный из них — это маленький запас хода при достаточно длительной зарядке. Например, автомобили Tesla от одного заряда батареи проезжают менее 500 километров. Некоторые автомобили могут проехать до 700 км, однако это все равно не особенно высокий показатель. Но, возможно, в скором времени проблема будет решена. Корейские ученые утверждают, что им удалось разработать технологию, которая позволит автомобилям проезжать до 1000 километров. Ее секрет заключается в кремнии.

В Корее разработали батареи, который позволят электромобилям проезжать более 1000 км

Почему кремний не используют в батареях

В последнее время возникла очевидная потребность в аккумуляторах с более высокой плотностью энергии. Именно по этой причине электромобили имеют сравнительно небольшой запас хода. Увеличивать размеры аккумуляторов с целью повышения их емкости нецелесообразно, так как это сильно отразится на их весе и стоимости. В то же время при нынешней плотности энергии, которая составляет 272-296 Втч на кг, увеличить запас хода другим способом сложно.

Кроме того, низкая электрическая плотность батарей ограничивает развитие многих других технологий. Например, голландская компания Elysian планирует создать первый в мире электрический авиалайнер. Однако в настоящее время на пути к созданию такого самолета стоят как раз батареи с низкой плотностью энергии. Поэтому инженеры ждут, когда появятся новые технологии.

Кремний широко распространен во всем мире

Увеличить плотность энергии теоретически можно при помощи кремния в батареях. Надо сказать, что использование кремния в батареях имеет ряд преимуществ. Самое главное из них заключается в том, что кремний доступен во всем мире. Однако у кремниевых элементов есть один серьезный недостаток — в процессе зарядки они сильно увеличиваются в объеме, а после зарядки снова уменьшаются.

Поэтому кремний в батареях можно использовать только в качестве наночастиц. Это позволяет повысить емкость, и при этом устранить многие недостатки литий-ионных батарей. Однако использование наночастиц кремния упирается в другую проблему — их производство является сложным и дорогостоящим процессом.

Новая технология для автомобильных аккумуляторов

Сотрудники Университета науки и технологий Пхохан в Южной Корее смогли решить проблему использования кремния в аккумуляторах. Они предлагают вместо наночастиц использовать микрочастицы, которые в 100 раз больше. Поэтому производить их гораздо проще и дешевле, кроме того они имеют более высокую плотность энергии, то есть могут вместить в себя больше энергии при равном объеме.

Схема устройства литий-ионной батареи с микрочастицами кремния

Чтобы решить проблему изменения объема частиц в процессе зарядки, ученые придумали использовать в аккумуляторах гелиевый полимерный электролит. Благодаря эластичности, он может деформироваться и тем самым компенсировать изменение объема кварцевых частиц. Однако все частицы должны быть между собой связаны на химическом уровне, поэтому просто поместить их в гель недостаточно. Чтобы решить эту проблему, исследователи облучили смесь из геля и микрочастиц электронным лучом. В результате образовались ковалентные связи между частицами.

В чем преимущества новых аккумуляторов

Как сообщают ученые в издании Advanced Science, в ходе испытаний батарея показала стабильную работу и имела похожие свойства с традиционными литий-ионными аккумуляторами, однако плотность энергии у нее на 40% выше. То есть при одинаковом объеме, емкость таких батарей почти в полтора раза выше. Благодаря этому запас хода электромобилей может быть существенно увеличена.

Команда корейских исследователей, которые разработали новую технологию

По словам исследователей, технология изготовления таких батарей настолько простая, что их можно запускать в производство прямо сейчас. Разумеется, такие аккумуляторы можно использовать не только для автомобилей, но и многих других целей.

Напоследок отметим, что в последнее время ученые также работают и над другими, принципиально новыми технологиями хранения энергии. Не так давно мы рассказывали о том, что китайские инженеры создали ядерную батарею, от которой смартфон может работать 50 лет. При этом батарея совершенно безопасная и безвредная.