Проблема вирішена. Науковці вигадали, як збільшити запас ходу електромобілів у п’ять разів

Однак головним рушієм змін є покупці — саме вони власними покупками показують автовиробникам, які машини для них є цікавими, а які вже настав час доправити на звалище історії.

Здавалося б, електромобіль набагато екологічніший, дешевший у заправці і набагато інноваційніший щодо технологій — проте люди поки що не дуже поспішають відмовлятися від купівлі автомобілів із «брудними» двигунами.

Головні аргументи — висока ціна та надто обмежений запас ходу електромобілів. І якщо перший фактор зникне згодом завдяки зростаючій конкуренції, то друге — питання більше до вчених та інженерів, які мають знайти, чим замінити сучасні літій-іонні батареї, які використовуються буквально у всьому — від смартфонів і ноутбуків до електромобілів.

Наприклад, найпопулярніша марка електромобілів серед українців — Nissan Leaf — проїжджає десь 250 кілометрів на одній зарядці. Tesla може похизуватися запасом ходу 400−650 км залежно від моделі. Більшість електромобілів проїжджають приблизно стільки ж — лише кілька моделей можуть проїхати більше 1000 кілометрів без зарядного пристрою. Це радше виняток, який підтверджує правило — запас ходу електромобілів справді дуже обмежений.

Цю проблему можуть виправити батареї нового покоління — літій-сірчані акумулятори. Вони вп’ятеро більш енергоємні, ніж літій-іонні батареї. Проте зараз ця технологія не готова до масового використання — насамперед через досить короткий термін експлуатації, який обмежується циклом із 50−60 зарядок.

Науковці з університету Мічигану спробували впоратися з цією проблемою за допомогою переробленого кевлару — матеріалу, який використовується в бронежилетах — для створення мережі арамідних нановолокон. Своє дослідження вони опублікували в журналі Nature.

Учені просочували нановолокна електролітним гелем, щоб зупинити розповсюдження дендритів — структур, які можна порівняти з бур’яном, який проростає крізь бетон. Дендрити розвиваються усередині літієвої батареї і призводять до того, що вона псується, істотно скорочуючи термін служби акумулятора.

Однак проблема літій-сірчаних акумуляторів не тільки в цих структурах: молекули літію та сірки формують полісульфіди літію, які поступово зменшують ємність акумулятора. Завдяки рішенню групи вчених, полісульфіди літію прилипали до арамідних нановолокон, проте позитивно заряджені іони літію могли вільно проходити крізь цей захист. Отже, батарея продовжувала стабільно працювати набагато довше.

Хімік-інженер Ніколас Котов з Університету Ірвінга Ленгмюр, який очолював дослідження, зазначає, що конструкція нової батареї «майже ідеальна» і витримує екстремальні температури, від спеки зарядки в сонячну погоду до лютого холоду зими.

Реальний термін служби такої батареї вчений оцінив приблизно в 1000 циклів зарядки-розрядки, що, наприклад, за запасу ходу в 2000 км з однієї зарядки дозволить проводити заміну батареї після 2 млн км.

Крім того, виробництво літій-сірчаних батарей набагато екологічніше порівняно з літій-іонними аналогами, адже сірку видобувати набагато легше і дешевше, ніж кобальт. Арамідні волокна, необхідні для стабілізації роботи батареї нового покоління, можна переробляти зі старих бронежилетів, даючи їм нове життя.

«Досягнення рекордної продуктивності відразу в кількох сферах — це те, що зараз необхідно для автомобільних акумуляторів. Це чимось схоже на гімнастику на Олімпіаді — треба бути ідеальним у всьому, зокрема зі стійкістю виробництва», — каже Котов.