Литий-воздушные батареи становятся основной альтернативой литий-ионных аккумуляторов, которые, как ожидается, не смогут удовлетворить огромный спрос на энергию в ближайшие десятилетия, пишет eurekalert.org. Предполагается, что к 2050 году электроэнергия будет составлять 50% мирового энергетики. Сегодня этот показатель составляет 18%.

Но установленная мощность для производства возобновляемой энергии, как ожидается, увеличится в четыре раза. Для этого потребуются более эффективные, дешевые и экологически чистые батареи. Одной из альтернатив, изучаемых сегодня во многих частях мира, является литий-воздушная батарея. Она была представлена на конференции FAPESP Week в Лондоне.

«Сегодня много говорят об электромобилях. Некоторые европейские страны также думают о запрете двигателей внутреннего сгорания. Кроме того, возобновляемым источникам, таким как солнечная энергия, нужны батареи для хранения того, что вырабатывается в течение дня под действием солнечной радиации», – сказал Рубенс Масиэль Филю – профессор Школы химического машиностроения Университета Кампинас (UNICAMP).

Литий-воздушная батарея, в настоящее время работающая только в лабораторных условиях, использует кислород окружающей среды в качестве реагента. Батарея накапливает дополнительную энергию в результате электрохимической реакции, которая приводит к образованию оксида лития.

«Это устойчивый способ хранения электрической энергии. Он может поддерживать множество циклов разрядки/зарядки и имеет большой потенциал для использования в транспорте: как в легких, так и в тяжелых транспортных средствах. Он также может работать в сетях распределения электроэнергии», – сказал Рубенс Масиэль Филю.

Однако превращение экспериментов в коммерчески жизнеспособные продукты включает в себя понимание основ электрохимических реакций, которые происходят в процессе.

«Это также требует разработки новых материалов, которые позволяют нам использовать желаемые реакции и сводить к минимуму нежелательные эффекты или избегать их», – сказал Масиэль. Далее он объяснил, что некоторые явления необходимо наблюдать в реальном времени: «Идея состоит в том, чтобы отслеживать реакции, которые происходят в динамических экспериментах, и различные химические вещества, которые образуются, даже если их существование временно. В противном случае некоторые этапы процесса теряются, и аккумулятор становится неэффективным с точки зрения времени работы и продолжительности зарядки».

Для проведения измерений исследователи используют Национальную лабораторию синхротронного света (LNLS) при Бразильском центре исследований света в области энергетики и материалов (CNPEM), расположенном в Кампинасе.

Другой проект, представленный на конференции, был посвящен серно-воздушным батареям. Несмотря на то, что они не столь эффективны, они недороги и накапливают энергию на долгое время.

«Они могут хранить энергию до 24 часов при очень низких затратах. Их основными ингредиентами являются сера и каустическая сода, и они чрезвычайно недороги. Именно поэтому мы вкладываем в них средства», – сказал Найджел Брэндон – профессор Имперского колледжа.

Из-за характеристик серно-воздушные батареи можно использовать дома или на предприятии. Брэндон считает, однако, что их наибольший потенциал в применении в зарядных станциях для электромобилей, что станет гораздо более распространенным явлением из-за европейской цели сокращения выбросов углерода на 80% к 2050 году.

«Важно подчеркнуть тот факт, что различные аккумуляторные проекты не конкурируют друг с другом, а дополняют друг друга», – сказал Джефф Роджерс из лондонского Университета Брунел, фасилитатор сессии.

Солнце, водород и биотопливо

Более эффективные батареи особенно важны в сценарии, в котором ожидается увеличение использования солнечной энергии. Пиковая солнечная радиация в течение дня потребует эффективного хранения энергии, чтобы ее можно было использовать ночью.

Масиэль также рассказал о проекте в CINE по разработке более эффективных фотоэлектрических элементов, которые могут быть использованы в будущем для преобразования солнечной энергии в электричество, а также для получения химических продуктов или даже водорода из гидролиза воды.

Жидкий водород является очень эффективным топливом, но его производство влечет за собой высокие энергетические затраты. Это один из вариантов, рассматриваемых в Соединенном Королевстве, поскольку биотопливо там не столь жизнеспособно, как в Бразилии.

«Мы ищем новые бактериальные ферменты для окисления лигнина – ароматического полимера, который составляет более 25% клеточных стенок растений и является частью остатка производства биотоплива. Цель заключается в разработке новых продуктов, таких как биотопливо, новые пластмассы и химические продукты для промышленности», – сказал Тимоти Багг из Университета Уорика.