Суперконденсаторные батареи расчищают дорогу электромобилям

Строительство завода в штате Орегон финансируется Министерством энергетики США в рамках программы грантов промышленности стоимостью 2,4 млрд. долл. Прежде всего правительство США выделило эти деньги на ускорение производства и внедрения электромобилей в стране, правда, пока точно не ясно, насколько активно производители батарей и автомобилей будут сотрудничать в области внедрения нового материала в ближайшие несколько лет.

Новый материал, разработанный компанией EnerG2, представляет собой особую форму активированного угля, он существенно увеличивает производительность очень перспективного вида накопителей электроэнергии – суперконденсаторов (ионисторов). Эти устройства похожи на обычный аккумулятор, но способны выдавать большую мощность и быстро заряжаться. Они выдерживают большое количество циклов заряд/разряд и имеют КПД около 95%. Единственный на сегодняшний день недостаток – малая удельная емкость - соотношение емкости и веса у них хуже, чем у литиевых аккумуляторов примерно в 2 раза. Прежде всего компания планирует с помощью своего материала модернизировать ионисторы, которые в настоящее время широко используются в гибридных автобусах, троллейбусах, ветряных турбинах и т.д. Это позволит без существенных переделок значительно расширить возможности машин.

Технология компании основана на новом способе активирования углеродных материалов, которые в настоящее время используются в электродах ионисторов. Большинство современных коммерческих суперконденсаторов основаны на органических материалах – в основном на волокнах кокосового ореха. Однако органика часто содержит примеси, которые ограничивают напряжение суперконденсаторов. EnerG2 создала синтетический материал, позволяющий регулировать характеристики ионисторов. Например, изменение размера и формы наноразмерных пор в материале увеличивает площадь поверхности и, соответственно, энергоемкость. Также можно регулировать проводимость материала для создания батарей с различными уровнями выдаваемой мощности. Меньшее количество примесей позволяет создать ионистор, работающий при более высоких напряжениях, что увеличит мощность современных ионисторных систем на 20%. Но самое главное - новый материал может в два раза сократить стоимость ватт-часа для некоторых видов суперконденсаторов. "Это один из тех редких случаев, когда нанотехнология не стоит баснословных денег и может применяться широко", - говорит Рик Луэбб (Rick Luebbe), генеральный директор EnerG2.

Некоторые производители ионисторов пока не уверены в новой технологии. Так, компания Maxwell Technologies протестировала новые материалы после чего заявила о том, что "все синтетические материалы, которые мы испытали значительно дороже, чем активированный уголь из органического сырья, и мы не можем при производстве суперконденсаторов доплачивать большие деньги за незначительное улучшение производительности". Бизнесменов можно понять - они ориентируются на дешевый рынок сырья с уже развитой конкуренцией и стабильными поставками, но когда речь идет о производстве десятков миллионов электромобилей, рассчитывать на кокосы не приходится. Компании, которые не пожелают заниматься электрификацией транспорта, очень быстро станут аутсайдерами, поскольку в США достаточно возможностей для высокотехнологичного производства и есть наилучший инвестор – правительство США.

Технология компании EnerG2 может оказаться полезной и для преодоления некоторых недостатков современных батарей. Например, литий-воздушные и литий-серные батареи хранят в два раза больше энергии, чем самые лучшие из современных батарей, но все равно это намного меньше, чем энергия запасенная той же массой бензина. Проблема усугубляется тем, что многие батареи имеют очень малое количество циклов зарядка/разрядка или далеки от теоретического максимума емкости. С помощью контролируемого процесса создания пор в углеродных электродах можно решить многие из этих проблем.

Так, недавно исследователи продемонстрировали, что упорядоченные углеродные электроды, состоящие из идентичных рядов углеродных наноструктур, позволяют увеличить емкость литий-серной батареи за счет улучшения проводимости и усиления химических реакций. Технология компании EnerG2 может обеспечить подобные батареи относительно дешевым углеродным сырьем.