В рамках проекта «Химический источник тока: сухой элемент Лекланше» воспитанники «Сириуса» разрабатывают технологию для регенерации веществ в аккумуляторе электромобиля. Ребята предлагают извлекать химические вещества из батарей и заменять их восстановленными. Такой подход способен сократить время на заправку электрокара, снизить стоимость его аккумулятора и улучшить экологическую обстановку.
Чтобы запитать какой-либо прибор электричеством, можно использовать три вида источников тока: батареи, аккумуляторы и топливные элементы. Батареи обычно используются однократно, пока в них не израсходуется химическое вещество. Аккумуляторы нужно долго перезаряжать, а топливные элементы работают на водороде, который сам по себе создает много экономических и производственных проблем.
В узких областях эти источники тока по-своему эффективны, но ни один из них не может быть так же полезен в электрокарах – наиболее экологичном на сегодняшний день виде транспорта.
Поэтому школьники вплотную занялись разработкой многоразовой батареи. Ребята планируют создать такое устройство, которое можно будет перезаряжать не электричеством, а восстанавливать химически.
«Проблема электромобилей в том, что емкость их аккумуляторов – свинцовых или литий-ионных – мала, а заряжать их долго – несколько часов. При этом обычный автомобиль заправляют бензином в считанные минуты. Мы хотим сделать так, чтобы электрокар можно было перезарядить так же быстро. Это повысит экономичность и удобство электрического транспорта. Его будут чаще использовать, что скажется на экологии», – говорит руководитель проекта Андрей Харченко, кандидат химических наук, младший научный сотрудник МГУ имени М. В. Ломоносова.
Исследователи допускают, что их новая батарейка будет уступать литий-ионным аккумуляторам по емкости, но сама возможность ее рецикла – значительный плюс. «Это будет совершенно другая технология. Отработанное содержимое батарейки будут извлекать на заправочной станции и централизованно отправлять на завод. Причем весь процесс регенерации веществ можно производить с помощью ночного электричества, которое в разы дешевле дневного. Таким образом мы затронем важную тему выравнивания расходов дневного и ночного электричества», – отмечает Андрей Харченко.
По плану ребят, дизайн многоразовой батарейки должен быть таким, чтобы из нее было легко выкачивать содержимое и заменять его регенерированным. За основу взят сухой элемент Лекланше – источник тока, использующийся в обычных бытовых батарейках.
Элемент Лекланше назван в честь французского химика, который изобрел его в 1865 году. Устройство состоит из цинкового стаканчика с раствором хлористой соли, куда помещен оксид марганца и графитовый стержень.
Хоть элемент и называется сухим, содержимое такой батарейки – скорее вязкая паста, которую можно выдавить.
«Мы остановили выбор на Лекланше, потому что компоненты этой цинк-углеродной батарейки недорогие. Диоксид марганца и графит на порядки дешевле и экологичнее лития», – отмечает Андрей Харченко.
Юные исследователи продолжают модифицировать конструкцию новой батареи, а также разрабатывают технологию ее регенерации. Во-первых, нужно понять, во что превращаются вещества, когда батарейка разряжается, и во-вторых, подобрать химические реакции, которые позволят вернуть эти компоненты в исходное состояние.
Но прежде чем приступить к реализации задумки, школьники набивают руку на создании более простых источников тока. Например, делают элемент Вольта – жидкую батарейку.
Тимур Хингелов из Улан-Удэ демонстрирует, как он с командой, по примеру итальянца Алессандро Вольта, который изобрел первый источник тока, заполняет ячейки раствором соли и помещает в них пластинки из цинка и меди.
Еще одна участница проекта из Санкт-Петербурга, Елизавета Авдеенко, занимается теорией и расчетами. «Регенерация источников тока – это популярное сегодня направление, – рассказывает девушка. – Ведь мы можем произвести много-много батареек, но все они, отработав, пойдут в мусорку. Но если бы можно было извлечь отработанное вещество, восстановить и залить обратно, это бы сократило расходы и улучшило экологию. Поэтому я вижу большое будущее у нашего проекта».
Материал подготовила Тамара Беседина (Университет ИТМО)
