Компания IBM продолжает смотреть в будущее и работать над проектами, которые позволят совершить революционные изменения в нашем образе жизни в самое ближайшее время. Именно к таким проектам относится "Battery 500" — проект «дышащей» батареи, на которой средний электромобиль сможет проехать до 500 миль (800 км) без подзарядки. В голубом гиганте смогли сконструировать такой аккумулятор, который вырабатывает электричество «вдыхая» кислород, а перезаряжается — «выдыхая» его в атмосферу. Благодаря такой схеме (обмен воздуха внутри батареи) исследователи IBM надеются уменьшить размеры аккумуляторов, их вес, а также показатели экономичности — по-сравнению с ионовыми батареями, Battery 500 обещает быть куда более экономичной и эффективной.
Ученые уже давно смотрят в сторону батарей типа «литий — воздух», но пока только IBM смогла построить рабочий прототип. «Фундаментальные процессы, происходящие в батарее, больше не подвергаются сомнению» — говорит Уинфред Уилке, ответственный за это направление (энергетика) в компании. В IBM верят, что с помощью этой технологии действительно возможно построить автомобильную перезаряжаемую батарею, на одном заряде которой можно будет совершить путешествие длиной до 500 миль. Тем не менее, как отмечает Уикле, прототипу предстоит пройти долгий путь до фактического появления на рынке: «Нужно сделать много всего, прежде чем мы сможем установить батарею в настоящий автомобиль». Но в голубом гиганте рассчитывают, что после 2020 года батарея будет уже куда более реальна, чем сейчас, в смысле серийного производства и использования.
В настоящий момент на автомобильном рынке сложилась следующая ситуация — электрокары все еще остаются непрактичными, отчасти по-причине ограниченного ресурса (выпускаемые сегодня автомобили могут проехать в среднем 200-400 километров без подзарядки), отчасти из-за громоздкости самих батарей. Соотношение веса батареи к объему энергии, который она может предоставить двигателю, все еще не дотягивает до этого же соотношения у классических ДВС, где на одном баке можно совершить путешествие расстоянием больше тысячи километров (или еще больше). Улучшения, внедренные в технологии производства батарей, сегодня лишь немного увеличивают объем энергии, но при этом заметно утяжеляют общую конструкцию.
Описать простыми словами то, чего удалось добиться Уилке и его команде, достаточно легко: они лишили батарею внутреннего обмена кислорода, необходимого для нормального течения реакций в аккумуляторе, вместо этого положившись на кислород, в достатке присутствующий в атмосфере. Живительный газ входит в ячейку «открытой системы» почти так же, как и в камеру сгорания классического двигателя. Внутри этой ячейки кислород попадает в очень маленькое пространство чуть больше ангстрема (1.0 × 10-10 метра), реагируя там с ионами и электронами лития на катоде аккумулятора. Происходящая реакция трансформирует ионы лития в пероксид лития, отпуская электроны и вырабатывая электричество для двигателя.
«Основной плюс заключается в том, что нам больше не нужно пытаться сжимать реакцию» — говорит Уилке: «Батарея может вырабатывать до 10 000 миллиампер-часов на грамм используемого катодного материала».
В то же время, в IBM сразу же подчеркивают, что столь большой прирост эффективности не выльется в пропорциональный прирост мощности в тот момент, когда на рынке появятся первые электромобили с таким типом батареи внутри — в ней все еще используются материалы, необходимые для поддержки реакции и в то же время «съедающие» часть вырабатываемой энергии. Но сам эксперимент все же показывает, насколько больше энергии может быть выработано/сохранено с помощью используемой технологии.
Как только батарея насыщена кислородом, она достигает максимального своего заряда и должна быть подключена к источнику питания для перезарядки, во время которой батарея как раз «выдыхает» накопленный кислород, возвращая литий в ионизированное состояние.
Команда исследований под началом Уилке, вместе с другими командами физиков из Цюриха, использовали IBM Blue Gene при проектировании батарея для моделирования атомных процессов, конкретнее — понимания, каким образом ионы и молекулы материала из которого сделана батарея, будут взаимодействовать и какие процессы при этом будут происходить.
В ближайшем будущем команда надеется подготовить научную статью по новой технологии, до этого момента будут доступны лишь некоторые детали, большая часть из которых описана здесь. Однако, можно сразу же отметить, что недавно открытые материалы (такие, как графен), вряд ли будут использоваться в дальнейших опытах и тем более при производстве батарей «литий — воздух» — как говорит Уилке, все, связанное с углеродом, мало подходит для создания топливных ячеек, так как они становятся нестабильными при долгом использовании.
Ознакомительное видео на английском языке:
