В Южно-Уральском государственном университете (входит в Союз машиностроителей России) нашли способ сделать электротранспорт не только доступным, но и по-настоящему экологичным. Молодёжная научно-исследовательская лаборатория электромеханических, электронных и электрохимических систем работает над созданием цинк-воздушных батарей. Главная цель: получить источник тока, который по запасу энергии не уступает дорогим литий-ионным аккумуляторам, но стоит при этом в пять раз дешевле и наносит минимальный вред окружающей среде.
Энергоемкость новой батареи сопоставима с литий-ионной, но в основе лежит цинк и кислород из атмосферного воздуха. Это радикально снижает себестоимость. Сейчас перед коллективом стоит конкретная инженерная задача: собрать прототип на 18 ампер-часов и 24 вольта.
Важная особенность технологии – разделение на два класса устройств. Первый – первичные батареи. Их нельзя зарядить от розетки, как телефон. Когда катод вырабатывается, его просто заменяют на новый. Такой подход идеален для промышленного электротранспорта, где важна не возможность зарядки, а минимальная цена каждого километра пути. Второй класс – электрически перезаряжаемые аккумуляторы (вторичные Zn-air). Это передовой край мировой науки: ученые ЮУрГУ планируют заняться ими в ближайшем будущем, чтобы создать полностью многоразовую систему.
«В отличие от литиевых аккумуляторов, добыча которых связана с огромным потреблением воды, разрушением почв и сложной логистикой, цинк – распространенный и безопасный металл, – комментирует руководитель лаборатории электромеханических, электронных и электрохимических систем Владимир Живулин. – Цинк-воздушные батареи не содержат токсичных тяжелых металлов, таких как кобальт, который часто используется в литий-ионных ячейках. Утилизация таких источников тока тоже гораздо проще: основную массу батареи составляет цинк, который полностью подлежит вторичной переработке без вреда для экосистемы. Кроме того, использование атмосферного кислорода в качестве активного материала катода избавляет от необходимости производить и утилизировать сложные химические соединения, что делает углеродный след производства значительно меньше».
Такие батареи предназначены для малогабаритного электротранспорта: складских погрузчиков, сервисных роботов, легких городских трициклов и микроавтомобилей. Наличие легкого и емкого элемента на 24 вольта позволит инженерам собирать из них мощные батареи для более тяжелой техники.
Лаборатория не отказывается от своих прежних наработок по цинк-ионным аккумуляторам. Напротив, ученые планируют создать гибридную систему. В ней дешевая цинк-воздушная батарея будет работать как стационарный генератор: она обеспечит непрерывный медленный подзаряд основного цинк-ионного аккумулятора, а тот будет выдавать резкую мощность при разгоне или подъеме в гору. Это решает главную проблему электротранспорта — нехватку автономности без лишнего веса и затрат.
Разработка напрямую влияет на экономику производства и экологию городов. Если расчеты подтвердятся, российские производители смогут собирать экологичный городской транспорт, который окажется дешевле в эксплуатации, чем машины с бензиновым двигателем или импортной литиевой батареей.
По словам Владимира Живулина, в России этой темой сейчас практически никто не занимается. У ЮУрГУ есть все ресурсы, чтобы занять эту нишу и стать центром компетенций в области металл-воздушных систем.
«Если все наши идеи подтвердятся экспериментально, ЮУрГУ имеет шанс стать лидером в этой области, – отмечает руководитель лаборатории. – Но сначала нужно доказать, что идея верна, и рассчитать экономическую выгоду. Только после этого будет ставиться вопрос о производстве».
Сейчас проект находится на стадии первых экспериментов. Впереди – проверка гипотез и расчеты. Если они окажутся успешными, Челябинская область может получить реальные технологии для чистого и доступного городского транспорта будущего.