Из борщевика и панциря краба: самые необычные безопасные батарейки

В январе 2023 года житель американского Цинциннати поставил свой телефон на зарядку, а тот взорвался. Хорошо, что пожар удалось быстро потушить и никто не пострадал. 

Подобные случаи далеко не редкость – телефоны горят по всему миру. А точнее, их батареи. По словам экспертов, в большинстве случаев причиной возгорания литий-ионных аккумуляторов является короткое замыкание внутри ячеек. 

Разработчики со всего мира уже не первый год бьются над созданием идеального аккумулятора. Многие из них считают, что на литии свет клином не сошелся. Какие технологии позволят создать по-настоящему мощную, но безопасную батарейку? Об этом рассказывает программа "Наука и техника" с ведущим Михаилом Борзенковым на РЕН ТВ. 

Сундук-накопитель 

Литиевые аккумуляторы используют не только в телефонах, но и в аппаратах помощнее. В 2020 году в Нью-Йорке из-за замыкания в батареях сгорели 65 электровелосипедов и самокатов, а в 2021-м – уже 130, пять человек при этом погибли. В 2022 году полиция зафиксировала почти 300 таких инцидентов. 

"Нам нужен новый сундук-накопитель потенциальной энергии. У него должны быть все плюсы лития: работа на одном заряде, отсутствие эффекта памяти, относительно простая утилизация. Но не должно быть минусов", – говорит технический директор компании по производству батарей Грег Лесс. 

Технология Илона Маска 

Еще два года назад американский бизнесмен Илон Маск заявил, что придумал, как сделать батареи его электрокаров мощнее и безопаснее. 

"Раньше компания использовала аккумуляторы формата 2170 – в диаметре 21 миллиметр и высотой 70 миллиметров. Соответственно, при переходе на следующий формат аккумулятора они повысили диаметр и высоту аккумулятора", – рассказал аспирант Национального исследовательского университета МЭИ Алексей Зацепин. 

Мощность обновленных аккумуляторов увеличилась в шесть раз. Без дополнительной подзарядки электрокар мог бы разогнаться в два раза быстрее и проехать почти на 20% больше. Вот только нужно было увеличить скорость зарядки, чтобы машина не стояла у розетки сутки напролет. А это значит, что увеличилась бы и температура нагрева частей аккумулятора, а вслед за ней и вероятность пожара.

Чтобы избежать подобных несчастных случаев, компания Илона Маска изменила конструкцию аккумулятора.

"Смотрите, в аккумуляторе нет медного вкладыша, а внутри ячейки медная прокладка. Поэтому при зарядке батарея почти не нагревается, а значит, не загорится", – объяснил инженер Кори Стьюбен. 

Крабовые батарейки

Над созданием идеального аккумулятора бьются тысячи разработчиков по всему миру. И многие из них уверены: на литии свет клином не сошелся. Будущее за батареями с совсем другой начинкой. 

Американский ученый Лянбинг Ху придумал крабовые батарейки. Он изобрел хитозан – гелевый электролит из хитина – тех самых панцирей ракообразных. Его основное преимущество заключается в том, что он не вызывает коррозию и не воспламеняется, в отличие от лития. Пока непонятно, сможет ли хитозан обеспечить устройствам необходимую мощность, но, по словам создателя, он точно будет дешевле лития.

"В хитозановом аккумуляторе пластины – аноды и катоды – мы делаем из цинка. А он вдвое дешевле меди, которую используют в литийный батареях. Кроме того, хитиновый электролит – биоразлагаемое вещество, он расщепляется в течение пяти месяцев", – подчеркнул директор Центра инноваций в области материалов Университета Мэриленда Лянбинг Ху. 

Бощевиковый аккумулятор 

Российские ученые уверены: по-настоящему мощный аккумулятор можно сделать из борщевика. Ненавистный сорняк заполонил обочины дорог, каждый год Подмосковье тратит 300 миллионов рублей на борьбу с этим вредителем. Теперь борщевик срежут, измельчат, нагреют до 1300 градусов, потом проварят и превратят в чистый углерод. А на его основе создадут аккумуляторы иного типа – натрий-ионные. Растительные элементы питания убьют сразу двух зайцев – спасут россиян от вредителя и возможных пожаров. Вот только натрий-ионные аккумуляторы слишком большие – в часы или смартфон их не поставишь. А главное – непонятно, сколько будут стоить такие батареи.

"Пока мы не построим полноценный завод для производства данного вида аккумуляторов, мы не поймем в точности, какое количество ресурсов мы с вами затратим на изготовление данного вида устройств", – отметил ассистент кафедры КБ-1 РТУ МИРЭА Василий Шутов.  

Если борщевиковые батареи окажутся не только мощными, но и дешевыми, Грета Тунберг, а с ней и все зеленые, смогут спать спокойно. Растительные элементы питания намного экологичнее. Осталось только запустить их в массовое производство. 

Бесперебойное снабжение 

Австралийцы решили, что в борьбе за экологию они должны быть впереди планеты и закрыли практически все электростанции на угле в стране-континенте. И вдруг в июле 2022 года случился энергетический кризис: цены на электроэнергию в Австралии выросли на 140%, население замерзло – ведь в июле на континенте зима. Оставалось уповать на ветряки и солнечные батареи. И с этим случилась проблема.

"У нас много генераторов и батарей, но энергия от них поступает с перебоями. Есть ветер – энергия есть, нет ветра – энергии нет. То же самое и с солнцем", – рассказал изобретатель и защитник возобновляемых источников энергии Сол Гриффит. 

Неровная работа – проблема всех возобновляемых источников энергии. Бесперебойное снабжение потребителей могут обеспечить только энергохранилища огромной мощности, а таких в Австралии не было. В угоду зеленым в Австралии закрыли электростанции на угле. В итоге зимой цены на электричество в стране выросли в полтора раза.

Энергетический склад 

Жители Нидерландов оказались куда предусмотрительнее и строят самый большой в мире энергетический склад. В гигантских батареях будут хранить годовой запас электричества для девяти тысяч домов. 

"Мы используем литий-железо-фосфатные батареи. Они недорогие и достаточно безопасные. Ведь мы все представляем, что, если с ними что-то случится, это будет настоящая катастрофа. Зато теперь скачки напряжения и перебои с электричеством Нидерландам не страшны", – пояснил финансовый директор компании по производству батарей Ларс Руперт. 

Твердотельные аккумуляторы 

Что касается замерзших австралийцев, то им на помощь пришел вездесущий Илон Маск. Он пообещал в самые короткие сроки построить на континенте огромное энергохранилище, которое будет самым большим в мире. Пока нидерландцы не достроят свое. 

"Конечно, мы идем на риск. Мы обещаем построить в Австралии самую большую в мире станцию батарей. Мы установим ее за 100 дней. Причем абсолютно бесплатно", – поделился подробностями Илон Маск. 

Компания Маска справилась за два месяца. Австралийцы возликовали – теперь им не грозят перебои с электричеством. Одна станция сможет восемь часов подряд обеспечивать электричеством 30 тысяч домов. 

"Данная электростанция подключена к французским ветровым силовым установкам, которые непосредственно вырабатывают электричество. Все это электричество хранится в этих самых литий-ионных батареях", – говорит эксперт. 

Получается, что пока вредному, дорогому и довольно опасному литию нет замены? На самом деле есть. Специально для внеземных полетов NASA разработало твердотельные аккумуляторы. Вместо взрывоопасного электролита в них использованы элементы из серы и селена. Пока мощным батарейкам радуются только космонавты, но лет через 10 технологию обещают подарить всем землянам.

О самых невероятных достижениях прогресса, открытиях ученых, инновациях, способных изменить будущее человечества, смотрите в программе "Наука и техника" с ведущим Михаилом Борзенковым на РЕН ТВ.