Аккумуляторные батареи из алюминия намерены создать в Самарском национальном исследовательском университете имени академика С.П. Королева. Такие АКБ будут безопаснее, дешевле и экологичнее нынешних литий-ионных, и смогут найти широкое применение в электромобилях и системах хранения энергии.

Научно-исследовательские работы по этой теме уже ведутся в Межвузовском научно-исследовательском центре по теоретическому материаловедению (МНИЦТМ) Самарского университета.

Разработка твердых электролитов на основе алюминия – это новое слово в мировой науке. Первая научная работа по этой теме появилась в зарубежных научных изданиях только в 2015 году. Однако российские ученые уверены, что для появления алюминиевых батарей есть веские основания.

Как рассказал научный сотрудник МНИЦТМ, кандидат физико-математических наук Артем Кабанов, «ион алюминия может иметь степень окисления +3, в то время как литий – только +1. А это значит, что теоретически один атом алюминия может переносить в три раза больший заряд, чем литий. Соответственно и ток, который будут давать алюминиевые батареи, при прочих равных условиях, может быть до трех раз выше, чем литиевых. В то же время, атомы алюминия намного крупнее атомов лития, поэтому их диффузия в веществе затруднена. Кроме того, литиевые аккумуляторы имеют очень высокую плотность хранения энергии. Смогут ли алюминиевые аккумуляторы достичь или превзойти «литиевый предел плотности энергии – пока не ясно. Но очевидно то, что алюминий намного дешевле лития и это один из самых распространенных на Земле элементов».

Расчет свойств перспективных материалов для новых батарей производится в Самарском университете с помощью программных комплексов ToposPro и VASP. ToposPro, разработанный в МНИЦТМ, содержит базы данных о более чем 1 млн веществ, снабженную экспертной системой оценки свойств материалов разного состава и строения. VASP – всемирно известный программный комплекс для квантово-механического моделирования свойств твердых тел. Объединение двух мощных методов изучения вещества позволяет ученым университета получать качественно новые результаты. Новые перспективы по созданию, экспериментальной проверке и внедрению в производство новых аккумуляторов на основе алюминия и других металлов появляются у ученых Самарского университета и благодаря сотрудничеству с немецкими коллегами из Института экспериментальной физики Технического университета Фрайбергской горной академии (TUBAF , Фрайберг, Германия).

Первые результаты работы над разработкой твердых электролитов на основе алюминия ученые Самарского университета представили в виде российского-германских научных докладов на прошедшей в июле международной конференции в Литве ISSFIT-12 (А. Кабанов «За гранью лития: Ab-initio моделирование различных катион-проводящих материалов (Na, Al, K)», Е. Тимофеева «K+-проводящие неорганические соединения как перспективные материалы для твердотельных аккумуляторов», Т.Нестлер (Германия) «Существуют ли твердые электролиты для Al3+?»).

Создание «акумуляторов будущего» на основе алюминия может существенно ускорить технологическое развитие многих сфер жизни человечества. Например, для России электромобили – пока экзотика. Но в целом в 2015 году, по данным Международного энергетического агентства ОЭСР, по дорогам мира уже ездили 1,26 млн электроавтомобилей. А к 2035 году, по прогнозам аналитиков Wood Mackenzie, каждая десятая продаваемая в США машина будет работать на электричестве. И, возможно, на каждой из них к этому времени уже будет стоять алюминиевые батареи.

– Мы проектируем материалы для аккумуляторов из разных веществ. Но уже можно сказать, что твердые электролиты на основе алюминия могут быть лучше недавно спроектированных натриевых. Алюминий может переносить более высокий заряд, и соответственно создавать более сильный ток, что позволит с легкостью обеспечить электричеством автономный механизм, такой как электромобиль, – убежден директор МНИЦТМ, профессор Самарского университета Владислав Блатов.

Создание дешевых, безопасных и энергоемких батарей позволит дать толчок к развитию и «зеленой энергетики» – ведь, главная ее проблема в перемежающихся пассивных и активных циклах. Солнечный свет и ветер не постоянны, и необходимо хранение энергии, полученной в активном цикле и ее передача потребителям в «пассивный» период. В США сейчас используется дешевая, но громоздкая и сложная технология серно-натриевых батарей, работающих при температуре 400 градусов Цельсия. Аккумуляторы на основе алюминия будут не менее дешевыми, но мобильными и работающими при нормальных условиях.



По материалам пресс-службы МНИЦТМ