Проблема решена. Ученые придумали, как увеличить запас хода электромобилей в пять раз

Однако главным двигателем изменений являются покупатели — именно они своими покупками показывают автопроизводителям, какие машины им интересны, а что уже пора отправить на свалку истории.

Казалось бы, электромобиль намного экологичнее, дешевле в заправке и намного более инновационен в плане технологий — однако люди пока не сильно спешат отказываться от покупки автомобилей с «грязными» двигателями.

Главные аргументы — высокая цена и слишком ограниченный запас хода электромобилей. И если первый фактор уйдет со временем благодаря растущей конкуренции, то второе — вопрос больше к ученым и инженерам, которые должны найти, чем заменить современные литий-ионные батареи, которые используются буквально во всем — от смартфонов и ноутбуков до электромобилей.

К примеру, самая популярная марка электромобилей среди украинцев — Nissan Leaf — проезжает около 250 километров на одной зарядке. Tesla может похвастать запасом хода 400−650 километров в зависимости от модели. Большинство электромобилей проезжают примерно столько же — лишь несколько моделей могут проехать более 1000 километров без подзарядки. Это скорее исключение, которое подтверждает правило — запас хода электромобилей действительно сильно ограничен.

Эту проблему могут исправить батареи нового поколения — литий-серные аккумуляторы. Они в пять раз более энергоемкие, чем литий-ионные батареи. Однако сейчас эта технология не готова для массового использования — в первую очередь из-за достаточно короткого срока жизни, который ограничивается циклом из 50−60 зарядок.

Ученые из Мичиганского университета попытались справиться с этой проблемой при помощи переработанного кевлара — материала, который используется в бронежилетах — для создания сети арамидных нановолокон. Свое исследование они опубликовали в журнале Nature.

Ученые пропитывали нановолокна электролитным гелем, чтобы остановить распространение дендритов — структур, которые можно сравнить с сорняком, который прорастает сквозь бетон. Дендриты растут внутри литиевой батареи, и приводят к тому, что она портится, существенно сокращая срок службы аккумулятора.

Однако проблема литий-серных аккумуляторов не только в этих структурах: молекулы лития и серы формируют полисульфиды лития, которые постепенно уменьшают емкость аккумулятора. Благодаря решению группы ученых, полисульфиды лития прилипали к арамидным нановолокнам, однако положительно заряженные ионы лития могли свободно проходить сквозь эту защиту. Таким образом, батарея продолжала стабильно работать намного дольше.

Химик-инженер Николас Котов из Университета Ирвинга Ленгмюр, возглавлявший исследование, отмечает, что конструкция новой батареи «почти идеальна», а сама она может выдерживать экстремальные температуры — от жары во время зарядки в солнечную погоду до сильных зимних холодов.

Реальный срок службы такой батареи ученый оценил в приблизительно 1000 циклов зарядки-разрядки, что, к примеру, при запасе хода в 2000 км с одной зарядки позволит проводить замену батареи после 2 млн. километров.

Кроме того, производство литий-серных батарей намного более экологично по сравнению с литий-ионными аналогами, ведь серу добывать намного легче и дешевле, чем кобальт. Арамидные волокна, необходимые для стабилизации работы батареи нового поколения, можно перерабатывать их старых бронежилетов, давая им новую жизнь.

«Достижение рекордных показателей сразу по нескольким направлениям — это то, что ейчас необходимо для автомобильных аккумуляторов. Это чем-то похоже на гимнастику на Олимпиаде — нужно быть идеальным во всем, включая устойчивость производства», — говорит Котов.