Технологический прогресс уперся в характеристики литийионных аккумуляторов. Что может занять их место и стать аккумуляторами будущего?

Новости о появлении новых, «особо перспективных» аккумуляторов, которые решат нынешние технологические проблемы человечества, возникают регулярно, но, к сожалению, в основном они не имеют отношения к реальности. Дело в том, что литиевые аккумуляторы доминируют над другими не случайно, а в силу базовых физико-химических закономерностей. Один атом лития связывает примерно столько же атомов кислорода, сколько и атомы других активных компонентов любых известных батарей. Но вот весит атом лития в полтора раза меньше, чем любой другой металл таблицы Менделеева.

Напомним: емкость аккумулятора зависит именно от того, сколько атомов кислорода он может связать в процессе окислительной реакции. Если при одинаковой емкости вес металла в накопителе меньше, то этот металл даст более легкие аккумуляторы. Литиевая батарея в «Тесле» весит от полутонны. Если заменить литий в ней, например, на натрий, масса накопителя резко увеличится. Ведь атом натрия почти вчетверо тяжелее.

Именно поэтому реалистичных кандидатов в материал для самых легких и емких батарей просто нет, и это не обойти никакими ухищрениями.

Точнее, в теории один вариант есть: скопировать живую природу. В организме среднего человека — 15 килограммов жира. При его расщеплении получится 145 киловатт-часов энергии. Полутонная батарея «Теслы» содержит всего 60 киловатт-часов. К тому же человек умеет синтезировать жиры (его встроенный «аккумулятор») снова, причем из широкого спектра веществ.

Однако органическая химия намного сложнее неорганической. Она так сложна, что реалистичных аккумуляторов, пытающихся давать электричество за счет расщепления жира и заряжаться благодаря его синтезу, пока просто нет. И в обозримом будущем не будет — это дело точно не нашего столетия.

И все же есть один сектор, где литиевые накопители можно потеснить. Это энергетика, где масса накопителя не так важна, как его дешевизна. Недавно был сделан большой шаг вперед: специалисты испытали батарею на хлориде алюминия. Она использует сразу три расплавленные соли: NaCl–KCl–AlCl3.

Как видно из формул солей, такая система требует для работы температуры около сотни градусов, что, опять же, было бы сложно поддерживать в автомобиле или смартфоне. Зато это приемлемо для больших накопителей у электростанций: здесь легко создать хорошую теплоизоляцию, при которой раскаленная батарея не требует заметных затрат энергии на поддержание в рабочем состоянии. При емкости, близкой к литиевой на единицу объема (но не массы), «алюминиевая» батарея стоит примерно раз в шесть меньше литиевой. То есть речь идет о серьезном кандидате.

Увы, это все же нишевое решение. Энергетическая отдача на килограмм там все равно ниже, чем у лития. И даже будь она равна (чему мешает физика с химией), никто не оставит накопитель, работающий при плюс 100 в припаркованной (особенно зимой) машине: он съест больше электричества на подогрев, чем сможет сохранить. Тем более это верно для ноутбука или мобильного телефона, где даже базовую теплоизоляцию просто некуда впихнуть.

Так что потребительская электроника и электромобили останутся на литиевых аккумуляторах во всем обозримом будущем.