НАСА проводит активные исследования по созданию новой технологии твердотельных аккумуляторов

Проводимые НАСА исследования по созданию новой технологии твердотельных аккумуляторов были вызваны двумя основными причинами.

Во-первых, это поиск экологической альтернативы традиционному сжиганию жидкого топлива в целях сокращения выбросов углерода и других сопутствующих веществ в атмосферу. Причем, наиболее остро в этом плане стоит сегодня проблема сокращения именно выбросов от сжигания керосина самолетами.

Второй, не менее важной причиной – был поиск таких технологий, которые смогли бы заменить  литий-ионные аккумуляторы, в условиях, когда главный торговый и стратегический противник США – Китай практически взял под свой контроль треть литиевого мирового рынка и может тем самым нанести уже в ближайшее время существенный ущерб Америке. Особенно в условиях наметившейся тенденции перехода транспортных средств на электрические двигатели и растущего спроса на аккумуляторы, где пока литий-ионные занимают превалирующие позиции.

Поэтому не удивительно, что в последнее время в американских СМИ стали появляться сообщения об активном подключении НАСА к разработкам путей улучшения экологической ситуации при использовании авиации, перевода ее на экологически безвредные электрические двигатели, а, в этой связи, и к поиску новых источников электропитания для самолетов.  

По указанной причине НАСА рассчитывает революционизировать воздушный транспорт за счет использования твердотельных аккумуляторов. Новая технология их производства, разрабатываемая НАСА, предлагает более экологичную альтернативу традиционному сжиганию керосина. Кроме того, НАСА учитывается, что твердотельные аккумуляторы превосходят современные литий-ионные аккумуляторы за счет меньшего своего веса, они  обладают большей емкостью накопления энергии и позволяют избежать экологических и геополитических последствий, связанных с литием.

Разрабатываемая НАСА в этом направлении аккумуляторная технология также устраняет типичные недостатки твердотельных аккумуляторов, обеспечивая более высокую скорость разряда, повышая безопасность за счет отказа от жидких элементов и эффективной работы при экстремальных температурах, что делает ее идеальной для авиации.

НАСА уже стало декларировать, что возможно нашло способ изменить будущее авиационной промышленности. Исследователям из проекта НАСА "Твердотельные архитектурные батареи для повышения перезаряжаемости и безопасности" (SABERS) якобы уже удалось создать технически совершенную твердотельную батарею, достаточно совершенную для эффективного питания самолета. Поиск способа сделать воздушный транспорт более экологичным был критической точкой интереса для глобального пути к декарбонизации, а также для экономического благополучия отрасли в будущем, когда цены на топливо, вероятно, будут продолжать расти, в то время как политические инструменты, такие как налоги на выбросы углерода, станут более существенными.

Как указывают американские эксперты, транспортный сектор является одним из крупнейших факторов, способствующих изменению климата, на который приходится почти четверть всех связанных с энергетикой выбросов углерода в мире, а воздушный транспорт является одним из крупнейших нарушителей в этой области. В среднем из-за самолетов количество углекислого газа в час увеличивается  примерно в 100 раз больше, чем от поездок на автобусе или поезде. В целом, годовые выбросы авиации США выше, чем в большинстве других стран, и составляют 1 миллиард тонн углекислого газа в год. Но при сжигании керосина выделяется не только углерод, но и образуются оксиды азота, сажа, водяной пар и сульфатированные аэрозоли, которые также взаимодействуют с атмосферой, хотя и оказывают влияние на климат по-разному и в разных временных масштабах.

Мало того, что новые батареи смогут электрифицировать самолеты, тем самым устраняя выбросы углерода и других вредных веществ в атмосферу в результате сжигания керосина, но и за счет этих революционных твердотельных батарей США рассчитывают избежать одного из наиболее важных компромиссов, влияющих на процессы крупномасштабной электрификации: проблем с литием. Литий является довольно ограниченным природным ресурсом, связанным со своим собственным рядом негативных внешних воздействий на окружающую среду, а также с серьезными геополитическими последствиями для США. Ведь в настоящее время Китай контролирует почти треть мировых цепочек поставок лития, и диверсифицировать Штатам этот рынок будет непросто. Кроме того, критическая роль лития в большом количестве компонентов инфраструктуры экологически чистой энергетики привела к росту цен на него и возникновению дефицита. Поэтому в Штатах уверены, что решение этой непростой ситуации может стать большой победой SABERS.

Как стало известно, новый твердотельный аккумулятор НАСА легче и может накапливать больше энергии, чем литий-ионные аккумуляторы. «Мы начинаем приближаться к этому новому рубежу в исследованиях аккумуляторов, который может позволить сделать гораздо больше, чем литий-ионные аккумуляторы», - отмечают исследователи из Исследовательского центра Гленна в НАСА (расположен в Кливленде). «Эта конструкция не только устраняет 30-40% веса батареи, но и позволяет нам удвоить или даже утроить энергию, которую она может накапливать, что намного превышает возможности литий-ионных аккумуляторов, которые считаются лучшими в своем классе», - подчеркивают они.

SABERS, как указывают в НАСА, также удалось преодолеть серьезный недостаток, связанный с технологией твердотельных аккумуляторов. Как правило, литий-ионные аккумуляторы намного эффективнее, когда дело доходит до разряда энергии. Но, благодаря нововведению, SABERS якобы смогла  «увеличить скорость разряда твердотельной батареи в 10 раз, а затем еще в 5 раз».

Как указывается, твердотельные аккумуляторы также устраняют основные проблемы безопасности, связанные с литий-ионными аккумуляторами, которые содержат легковоспламеняющуюся жидкость, подверженную утечке, что требует дополнительного корпуса, который делает аккумуляторы еще тяжелее.

С учетом того, что твердотельные батареи не содержат жидкости, можно компоновать их в менее громоздкие конструкции, их можно использовать, даже если они повреждены. Эта долговечность, как подчеркивается SABERS, имеет решающее значение из-за экстремальных перепадов температур, которые испытывают самолеты во время полета: «Исследователи НАСА обнаружили, что твердотельные батареи могут работать при температурах, вдвое превышающих литий-ионные». Более того, «твердотельные аккумуляторы достигают этого, используя меньше технологий охлаждения, чем литий-ионные аккумуляторы».

Хотя технология является совершенно новой и еще не является коммерчески подтвержденной, она обладает значительным прорывным потенциалом. По данным   Межправительственной группы экспертов по изменению климата «авиация признана сектором, который "трудно поддается декарбонизации", который в значительной степени зависит от жидкого ископаемого топлива и имеет консервативную инфраструктуру, что приводит к медленному обновлению парка».

В этом контексте исследования НАСА представляют безусловный особый интерес. Если эти твердотельные аккумуляторы станут экономически эффективными в больших масштабах, выгоды для транспортного сектора, а также для глобальных климатических целей будут огромными.