Исследователи из Швейцарской высшей технической школы Цюриха (ETH Zurich) придумали способ радикально сократить вредное воздействие на природу и человека фтора, который в избытке вносится в жидкие электролиты литийметаллических аккумуляторов. Фтор стабилизирует параметры аккумуляторов и делает их безопаснее, но сохранить здоровье он не поможет. Разработка заметно снизит использование фтора в электролитах и приблизит выход ёмких батарей на рынок.

Источник изображений: ETH Zurich

Фторированные соединения в электролите способствуют образованию защитного слоя вокруг металлического лития на отрицательном электроде аккумулятора (аноде). «Этот защитный слой можно сравнить с эмалью зуба, — пояснила Мария Лукацкая (Maria Lukatskaya), профессор электрохимических энергетических систем в ETH Zurich. — Это защищает металлический литий от продолжительной реакции с компонентами электролита». Без этого электролит быстро истощился бы в процессе циклов заряда и разряда, а элемент вышел бы из строя. Что хуже всего, отсутствие защитного слоя привело бы в процессе заряда к образованию металлических нитевидных наростов на аноде (дендритов), которые печально известны своей особенностью создавать короткие замыкания в аккумуляторах и приводить к пожарам.

«Вопрос заключался в том, как уменьшить количество добавляемого фтора без ущерба для стабильности защитного слоя», — объясняют учёные. Новый метод группы Лукацкой использует электростатическое притяжение для достижения желаемой цели. Учёные подобрали такие заряженные молекулы-носители, которые стали своего рода переносчиками молекул фтора, доставляя их прямо к аноду. Это привело к тому, что в жидком электролите теперь может быть по весу всего 0,1 % фтора, а это как минимум в 20 раз ниже, чем в предыдущих исследованиях.

Подвижность заменила насыщенность

Преимуществом предложенного метода является то, что для его внедрения в производство не требуется никаких существенных изменений. Меняется только формула электролита. Учёные испытали своё решение на аккумуляторах формфактора «монетка» и готовятся создать прототип аккумулятора формфактора «мешочек», которые знакомы нам, например, по смартфонам. Сделать такие батареи безопаснее для эксплуатации и утилизации — это шаг в правильном направлении.

Шведский разработчик натрий-ионных батарей Altris предложил способ сделать безлитиевые батареи ещё более экологичными. В партнёрстве с Stora Enso разработана технология использования углерода, полученного из древесной целлюлозы, в качестве сырья для изготовления анодов. По утверждению разработчиков, созданный ими материал Lignode потенциально может стать самым экологичным сырьём для изготовления анодов в мире.

Источник изображений: Stora Enso

Лигнин, побочный продукт производства древесной массы, давно исследуется на предмет возможного использования в качестве более экологичного электродного материала. Финская компания по производству возобновляемых материалов Stora Enso в 2022 году начала поставки своего запатентованного материала Lignode шведскому производителю аккумуляторов Northvolt для использования в анодах литийионных аккумуляторов. Stora Enso описывает Lignode как твёрдый углеродный материал, получаемый в процессе очистки лигнина.

Натрий-ионные батареи устраняют потребность в редких минералах, таких как литий, кобальт и никель, используя значительно более распространённый натрий. Заменяя графит, обычно используемый в конструкции анодов, на Lignode, полученный из натуральных побочных продуктов, Altris и Stora Enso могут ещё больше снизить зависимость от китайского импорта, источника более 90 процентов графита в ЕС. Кроме того, аноды Lignode, по утверждению Stora Enso, обеспечивают более высокую скорость зарядки и разрядки.

Stora Enso владеет и арендует более 2 миллионов гектаров лесных земель. Компания перерабатывает древесную массу на своём заводе в Котке, Финляндия, уже более 80 лет, а с 2015 года извлекает лигнин в промышленных масштабах. В 2021 году она начала пилотное производство Lignode и сейчас работает над расширением производства до коммерческих масштабов. Поскольку от 20 до 30 процентов получаемого из древесины сырья представляет лигнин, это делает его широко доступным и легко возобновляемым ресурсом за счёт методов устойчивого лесопользования.

«Материалы на биологической основе являются ключом к повышению устойчивости аккумуляторных элементов, — заявил старший вице-президент Stora Enso Юусо Конттинен (Juuso Konttinen). — Поскольку Lignode потенциально может стать самым экологичным анодным материалом в мире, это партнёрство с Altris идеально согласуется с нашим общим обязательством поддерживать стремление к более устойчивой электрификации».

Новые аккумуляторные батареи Altris на сегодняшний день претендуют на звание самых экологичных в мире. Катоды новых батарей изготавливаются на основе «прусских белил» (PW), которые считаются одним из наиболее перспективных катодных материалов для натрий-ионных аккумуляторов из-за больших каналов диффузии ионов, низкой деформации решётки, простоты изготовления, нетоксичности и низкой стоимости.

Altris пока не начала коммерческое производство новых аккумуляторов. В прошлом году компания продемонстрировала аккумулятор коммерческого размера с плотностью энергии 160 Вт·ч/кг, что соответствует литий-железо-фосфатным батареям (LFP), используемым в современных электромобилях. Компания планировала довести плотность энергии до 200 Вт·ч/кг. Ячейка была разработана в рамках исследовательского сотрудничества с Northvolt.

После февральской презентации компанией Intel и её партнёрами в Пекине концепции экологически чистого ПК (Green PC), пригодного для вторичной переработки на 90 %, крупные производители совместно выпустили набор стандартов классификации «зелёных» ПК. В стандарт включены пять основных критериев оценки, на каждый из которых влияют 15 показателей первого уровня и 27 показателей второго уровня. Эта система классификации сначала будет запущена в Китае, а позже, возможно, появится и в США.

В число пяти основных критериев для получения звания Green PC вошли «Разработка» (Design Definition), «Доставка» (Production Delivery), «Использование и обслуживание» (Use & Maintenance), «Вторичная переработка» (Recyclability) и неназванный бонусный критерий. Устройства, в сумме набравшие менее 60 баллов, не будут классифицированы как Green PC, 61–74 балла соответствуют Green PC Bronze, 75–89 баллов — Green PC Silver, а 90+ баллов — Green PC Gold.

Одновременно с представлением системы классификации, Intel анонсировала несколько будущих «зелёных» ПК производства Asus, Dell, HP, Lenovo, H3C, Panlong и Tongfang:

• Tongfang Chaoyue A7000 — универсальный ПК на базе мобильных процессоров Intel Core Ultra;
• Panlong Tenglong — компактный настольный компьютер с будущим процессором Core i5 15-го поколения;
• H3C Desk X500s G2 — компактный ПК с процессором Intel Core i9 14-го поколения;
• Asus D700MER — стандартный настольный компьютер с процессором Intel Core i5-14400;
• Dell OptiPlex 7020 — стандартный настольный компьютер с процессором Intel Core i5-14500;
• HP Pro SFF 280 G9 — компактный ПК с процессором Intel Core i5-12400;
• Lenovo ThinkCentre M70a Gen5 — моноблок с процессором Intel Core i7-13700.

В целом новая система оценок выглядит многообещающе, хотя пока неясно, насколько успешной окажется эта линейка «зелёных ПК». Также неясно, когда подобная система оценок станет стандартом в США и ЕС.

Недавно японское аэрокосмическое агентство JAXA провело в космосе эксперимент с ракетными двигателями, работающими на водяном паре. Но воду можно расходовать намного эффективнее, если использовать её в качестве реактивной массы для электрических ионных ракетных двигателей. Это как перейти с паровозов на электровозы, чем обещают вместе заняться JAXA и компания Pale Blue.

Источник изображения: JAXA

Компанию Pale Blue создали учёные-выходцы из Токийского университета. Они разработали и создали электрическую спутниковую двигательную установку мощностью класса 30 Вт на основе воды как топлива. Традиционно электрические ионные двигатели использовали в качестве топлива сжатый под высоким давлением газ ксенон. Газ на катоде двигателя превращался в поток ионов и приводил космический аппарат в движение. Например, на этом типе топлива работали первый и второй японские зонды «Хаябуса», которые доставили на Землю образцы породы с астероида Рюгу.

Как показала практика, эксплуатация электрических двигательных установок с использованием сильно сжатого газа с давлением более 10 атмосфер сопряжена с трудностями, которых можно избежать, если использовать баки низкого давления и другое топливо. Вода и водяной пар, например, могут считаться идеальным топливом для таких двигателей — это экологически чисто и экономически выгодно.

Благодаря опыту JAXA и новым разработкам Pale Blue партнёры обещают разработать новые электрические двигатели на воде в качестве топлива. Агентство JAXA предоставит не только технологию катодных микроволновых ионных двигателей, но также технологию создания баков низкого давления для топлива (для воды). Это будет не просто бак в обычном понимании, а сильнопористое вещество на основе так называемых металлоорганических каркасов (MOF). Топливо будет храниться в порах вещества, структура которого сможет выдерживать в вакууме внутреннее давление до 10 атмосфер.

В рамках совместной работы Pale Blue и JAXA представят два класса двигательных ионных установок: 30 Вт и 300 Вт. Двигатели класса 30 Вт будут служить для поддержания орбит научных зондов и для дальних миссий (как наиболее экономичные), а 300-Вт двигатели смогут поддерживать спутники на низких орбитах вокруг Земли.