Рекорды и опыты открывают дорогу литиевым машинам будущего
Первое, что приходит в голову при сочетании слов «автомобиль» и «литий», – тяговые аккумуляторная батареи. Но использование металла как носителя энергии возможно куда более нетривиальным. Разработки последнего времени заставляют наблюдать на нынешние батареи, как на вчерашний сутки.
Остаётся лишь захотеть, дабы эти изучения на опытах не закончились.
Для начала оптимистичная новость: 22-23 мая 2010 года переделанная на электротягу малолитражка Daihatsu Mira EV, творение Японского клуба электромобилей, пробежала 1003 метра и 184 километра на одном заряде аккумулятора.
Умельцы уже подали заявку на регистрацию в книге Гиннесса (Guinness World Record), ранее признавшей второе достижение той же команды с той же машиной, установленное 17 ноября 2009 года: 555,6 км пробега без подзарядки от Токио до Осаки.
Новый рекорд был рождён на автодроме в городе Симотсума. В течение 27,5 часа за рулём электромобиля сменяли друг друга 17 человек. Скорость на треке поддерживалась скромной — 40 км/ч.
В самой машине для понижения веса кроме того заменили сиденья на углепластиковые «ковши». Поставили шины с низким сопротивлением качению. В общем, поработали над аппаратом серьёзно.
Итог: в зависимости от веса пилота и его личного стиля вождения замеренный на кольце расход энергии колебался от 60,5 до 75 ватт-часов на километр.
Самурай, держащий вместо меча электропровод с вилкой, конечно же, на фоне Фудзиямы – лаконичное отражение современной Японии, в которой строят такие красивые вещи, как рекордная Mira (фото Japan Electric Vehicle Club).
Не смотря на то, что подобные рекорды имеют не сильный отношение к настоящей «дорожной судьбе», перед нами что-то наподобие маяка, показывающего на предстоящий путь развития автомобильной техники. Тут направляться поведать про аккумулятор на Mira EV.
Это блок литиево-ионных батарей от Sanyo Electric: 8320 цилиндрических элементов с суммарной большой ёмкостью в 74 киловатт-часа (и номинальной 50, — уточняет Sanyo).
Внушительные числа. К примеру, современный серийный электромобиль – заметно более большой, чем Mira, Nissan Leaf – оснащён литиевой батареей на 24 киловатт-часа, которых ему хватает на 160 км пробега. Из-за чего не ставят больше?
Дорого — тот же блок «Лифа» стоит порядка $18 тысяч.
При росте выпуска его цена, само собой разумеется, отправится вниз. Так что возможно сохранять надежду на всплеск электрического транспорта. Но если сравнивать с баком бензина все эти аккумуляторная батареи всё равняется дают через чур мало энергии на килограмм веса.
Потому поиски лучшего ответа не прекращаются. И, как ни страно, всё тот же литий ещё не сообщил собственного окончательного слова. Он может обернуться несколькими привлекательными вариантами.
Многообещающе выглядят экспериментальные водно-литиевые и воздушно-литиевые батареи с удельной ёмкостью в 3-10 раз большей, чем у простых литиево-ионных аккумуляторная батарей.
В этих устройствах литий реагирует с кислородом из внешней среды. И это собственного рода ход от хороших аккумуляторная батарей в сторону топливных элементов, горючим в которых помогает литий, а не водород.
Над литиево-воздушными аккумуляторная батареями на данный момент разламывают головы в нескольких университетах. Одна из таких разработок – твердотельные перезаряжаемые надёжные ячейки Li–O2, созданные прошедшей в осеннюю пору группой Бинода Кумара (Binod Kumar) из университета Дейтона (смотрите пресс-релиз, статью в Journal of the Electrochemical Society и новость на Green Car Congress).На снимке образцы и Кумар его литиево-воздушных аккумуляторная батарей.
Учёный предвещает, что серийные модели для того чтобы типа превзойдут удельную ёмкость в 1000 ватт-часов на килограмм, а это в семь раза больше, чем у литиево-ионных аккумуляторная батарей всё того же Ниссана Leaf (фото с сайта greencarcongress.com).
Кстати, в литиево-ионных батареях при заряде и разряде также происходит сжигание и «восстановление» лития, лишь все реагенты остаются в устройства, исходя из этого оно весит много. Применение внешнего кислорода именно и разрешает новому типу батарей поддерживать «стройную фигуру».
Как на большом растоянии смогут уехать машины с этими батареями — до тех пор пока сказать рано, а в это же время кое-какие исследователи идут по этому пути ещё дальше и разглядывают схемы, при которых транспортные средства будут питаться кассетами либо картриджами с литием.
Многие не забывают школьные уроки химии, на которых в пробирке показывали бурную реакцию маленького кусочка какого-нибудь щелочного металла (в частности лития) и воды. На протяжении для того чтобы процесса выделяются H2 и LiOH. Это эффектный, но не весьма удобный для автомобиля метод синтеза водорода, к тому же его сложно осуществлять контроль.
Сейчас Хаошэнь Чжоу (Haoshen Zhou) и его коллеги из японского университета энергетических разработок (Energy Technology Research Institute — ETRI) создали установку, которая разрешает приобретать при помощи лития сходу и водород, и электрический ток, причём контролируемым образом и безопасно.
Водно-литиевый электрохимический элемент поделён на две камеры. В первой находится анод из железного лития, загружённый в органический раствор (LiClO4/этиленкарбонат/диметилкарбонат). Во второй — катод из углерода в водном электролите (LiNO3/H2O).
Между камерами — стена из керамического электролита LISICON, пропускающего лишь ионы лития.
Трудится устройство так: анод отдаёт электроны во внешнюю цепь и выделяет в раствор ионы лития, каковые попадают во вторую камеру, попадают на катод и в том месте, забирая электроны из цепи, восстанавливают воду, выделяя водород. Интенсивностью образования последнего легко руководить, осуществляя контроль ток во внешней цепи, другими словами в нагрузке.
Упрощённая схема топливной ячейки Чжоу (2) и управляющего контура (1) (иллюстрация с сайта greencarcongress.com).
Так в новой схеме литий отрабатывает собственное энергетическое содержание по полной: от установки возможно приобретать толику электричества и ещё одно горючее.
Логично представить, что на борту автомобиля такая ячейка возможно дополнена водородным топливным элементом, производящим энергию для электродвигателей либо зарядки простых (снова же — литиевых) аккумуляторная батарей.
Исследователи из ETRI додают, что литий возможно извлекать их солевых растворов (морской воды) при помощи солнечного света (вернее, солнечных электростанций), превращая так лёгкий металл в высокоплотный промежуточный энергоноситель для зарядки машин будущего.
А потому, что в простом топливном элементе «выбросом» есть вода, легко представить сочетание трёх совокупностей, замыкающих целый цикл и по литию, и по воде. (Подробности изучения раскрывают статья в издании ChemSusChem и пресс-релиз ETRI.)
Стационарная совокупность восстановления лития, новая ячейка для выработки водорода и хороший топливный элемент. Последние две установки возможно поставить совместно на борту автомобиля (иллюстрация Wiley-VCH).
Для массового распространения таких устройств ещё необходимо преодолеть последовательность трудностей наподобие прочности материала и повышения проводимости LISICON и накопления не хорошо растворимого LiOH во второй камере. Однако мысль заслуживает внимания как чистая и ёмкая альтернатива бензину на отдалённую возможность.
«Литий, что уже обширно употребляется в литиево-ионных батареях и будет использоваться в литиево-воздушных элементах, вместе с литиево-водной/водородной/топливной совокупностью смогут привести человечество к новому экологичному обществу, базирующемуся на умных литиевых энергетических совокупностях», — резюмирует Чжоу.
Кругом литий. А ведь на нём свет клином не сошёлся. не меньше экзотичной выглядит мысль применять как энергоноситель магний.
Её продвигает канадская компания MagPower Systems.
Неспециализированный план похож: возможно попытаться добывать магний из морской воды при помощи энергии солнечных лучей и применять данный металл как расходуемый материал в электрохимических элементах, производящих «из магния» ток.
Созданное MagPower устройство — воздушно-магниевый топливный элемент (Magnesium-Air Fuel Cell — MAFC) – во многом напоминает более узнаваемые воздушно-цинковые батареи, но в подробностях отличий масса. В ячейки электрод из магния (либо его сплава) отдаёт электроны во внешнюю цепь, забирая из раствора анионы OH и преобразовываясь в Mg(OH)2.
Схема MAFC (иллюстрация MagPower Systems).
Но в таковой установки в один момент идёт и реакция, которая для работы канадской батареи вредна: магний реагирует с водой, выделяя водород.
В случае если в совокупности Чжоу сотрудничество металла и H2O рассматривалось как основная цель, MagPower решила подавить синтез водорода, повышающий давление и пожароопасность прибора в него.
Для этого они придумали некоторый ингибитор, разрешающий свести синтез водорода к минимуму, а цепочку нужных реакций (дающих ток в нагрузку), наоборот, подстегнуть.
Этот-то состав, додаваемый в электролит, согласно точки зрения компании, открывает дорогу действенным и совсем чистым топливным ячейкам, трудящимся на магниевых сменных стержнях. Разработка на данный момент находится на пути к коммерциализации.
Так обязан смотреться серийный блок MAFC (фото MagPower Systems).
По заверениям компании, MAFC владеют громадным КПД, чем серийные водородные топливные элементы, наряду с этим новая совокупность дешевле, устройства содержат меньше подробностей, магний (сплавы) несравненно несложнее хранить, MAFC меньше нагревается на протяжении работы и без того же нормально переносит холод в минус 20 градусов.
Все эти упрочнения ещё не скоро выльются в вправду популярный продукт, но возможно констатировать, что в «эру по окончании нефти» машины без компактных источников энергии не останутся. И кто знает, может, лет через десять Японский клуб электромобилей выведет на полигон новое поколение машинки Mira EV в надежде проехать на одной зарядке уже 10 тысяч километров.
