Электромобили вместе с гибридными машинами, лет 10–15 назад казавшиеся дорогими экзотическими игрушками, в последние годы становятся всё более и более распространёнными. Иностранные эксперты полагают, что к 2015 году объём их продаж по всему миру достигнет 2 млрд. долларов. Но пока широкому распространению «зелёных» автомобилей мешает отсутствие подходящего источника питания: потенциал традиционных свинцово-кислотных аккумуляторов, равно как и более новых металл-гидридных, литий-ионных и литий-полимерных, практически исчерпан, увеличение их мощности и других характеристик возможно только за счёт увеличения массы и габаритов. Вдобавок они достаточно дороги, а используемые в них соединения трудно назвать безвредными для окружающей среды. Однако технологии на месте не стоят, и альтернативы привычным источникам питания разрабатывают по всему миру. 

Например, европейцы работают над созданием цинк-полимерного аккумулятора, отличительными особенностями которого должны стать небольшой вес, дешевизна, «дружелюбие» к природе, высокая электроёмкость, напряжение на выходе около 1,9 В, высокая скорость перезарядки и возможность выдержать более 1000 циклов разрядки-зарядки. Над его разработкой уже два года трудится международный консорциум PolyZion, созданный по ходу реализации нацеленной на поддержку и развитие науки Седьмой рамочной программы Европейского союза. В это объединение входят как всемирно известные научно-исследовательские институты – британский Университет Лейстера (University of Leicester) и португальский Университет Порто (Universidade do Porto), – так и частные компании «Си-Тек Инновейшн» (С-Tech Innovation Limited, Великобритания), «Сидетек» (CIDETEC, Испания), «Келайя Эмпаранца и Гальдос» (Celaya Emparanza y Galdos, Испания), «Кема Нидерланды» (Kema Nederland BV, Голландия), «Ресколл» (Rescoll, Франция) и крупнейший производитель электроэнергии в мире «Идро-Квебек» (Hydro-Quebec, Канада).

Мономеры из Иркутска

Есть среди участников консорциума и представитель России – государства, по европейской классификации относящегося к странам с развивающейся экономикой (стран – партнёров по международному сотрудничеству). Это Иркутский институт химии им. А.Е. Фаворского СО РАН (ИрИХ), чьё давнее сотрудничество с компанией «Сидетек» послужило основанием для включения его в состав консорциума PolyZion при подаче заявки в Еврокомиссию для получения гранта на разработку нового типа аккумулятора. «В заявлении на наш совместный проект указано, что мы являемся институтом мирового уровня, обладающим знанием и опытом в области синтеза тех соединений, которые востребованы в этом проекте, и при этом наши партнёры полагаются на опыт предыдущего нашего международного сотрудничества в разработке материалов, используемых в электрохимических устройствах, – рассказала заведующая отделом международных связей и патентно-лицензионной работы ИрИХ Ольга Станкевич. – Замечу, что эту оценку дали институту наши партнёры по консорциуму, когда готовилось обоснование выбора каждого из участников консорциума». По итогам конкурса, проводимого Еврокомиссией ЕС, проект получил высокую оценку экспертов и был запущен в августе 2009 года. 

Как пояснила собеседница «Сибирского энергетика», Иркутский институт химии отвечает за разработку и синтез мономеров – исходных материалов для полимеров, которые служат компонентами (сомономерами) для создания электропроводящих полимеров, для использования последних в качестве анодного материала и для ионных жидкостей (электролитов). Примером таких мономеров могут служить производные тиенилпирролов, синтез которых успешно осуществляется в лаборатории непредельных гетероатомных соединений, возглавляемой директором института академиком Б.А. Трофимовым, именно он является руководителем данной части проекта. «Эти соединения и другие пирролы, синтезированные в рамках нашего проекта, разработаны и получены по именной реакции Трофимова», – заметила Станкевич. 

А далее в компании «Сидетек» и Университете Лейстера из иркутских мономеров синтезируют полимеры различных свойств и назначения и испытывают их свойства, насколько они улучшают качество анода или подходят ли они в качестве компонентов ионных жидкостей. За испытания полученных соединений отвечают также Университет Порто и компания «Келайя Эмпаранца и Гальдос». Весьма важным вопросом данного проекта является проблема осаждения цинка на катоде. «В любом процессе зарядки-разрядки на катоде идёт восстановление (осаждение) и растворение цинка, – объяснила Станкевич. –  Когда аккумулятор разряжается, металл растворяется, а при зарядке он должен вновь осаждаться на катоде и образовывать поверхность с теми же свойствами или почти с теми, что были до разрядки». Причём чем больше число циклов «зарядка-разрядка», тем дольше работает батарея. Исследованиями осадков также занимаются Университет Лейстера и научно-исследовательский центр канадской фирмы «Идро-Квебек», они же подбирают и материал для катода. За дизайн будущего аккумулятора и маркетинговые исследования в консорциуме отвечает «Кема Нидерланды», а серийное производство проводящих ток полимеров и ионных жидкостей, как ожидается, наладит компания «Ресколл». 

Каждому по труду  

Помимо того что обязанности между всеми членами консорциума разграничены прямо  как в классической модели международного разделения труда, чётко определены и сроки работ, которые выполняет каждый из них. Строго регламентирована и отчётность, представлять которую необходимо каждые полгода. Кстати, промежуточные результаты реализации проекта находятся в открытом доступе, они публикуются в международных изданиях, найти информацию при определённом желании можно и в Интернете.

В соответствии с обязанностями распределяются и расходы на работы по созданию цинк-ионного аккумулятора. Суммы грантов для каждого из участников рассчитываются по специальной  методике, разнящейся в зависимости от страны и состояния экономики. Так, по российской квоте Иркутский институт химии получил около 132 тыс. евро за два года реализации проекта. Общие затраты на неё составляют 2,4 млн. евро. При этом на всю Седьмую рамочную программу ЕС (проект под названием «Быстро перезаряжаемые цинк-полимерные аккумуляторы на ионных жидкостях» относится только к одной из его тем – «Энергии») предусмотрено 54,582 млн. евро. 

«Они добились хороших результатов»

Сейчас можно с уверенностью сказать, что та часть средств, которую выделили на разработку цинк-ионного аккумулятора, не была потрачена впустую. По информации Станкевич, в настоящее время компании «Кема Нидерланды» и «Ресколл» уже приступают к «полупромышленным испытаниям» батареи. «Они добились хороших результатов, по крайней мере по перезарядке, – заметила она. – Свойства тех соединений, которые мы им поставляем, тоже подтвердились, и на совещании в прошлом году наши коллеги сообщили, что могут синтезировать их в промышленных масштабах». Последнее потребуется после 1 августа 2012 года – дня, когда завершится реализация начатого 1 августа 2009 года проекта по разработке быстро перезаряжаемого цинк-полимерного аккумулятора на ионных жидкостях. «Может быть, в серию их в этот день не запустят, но опытно-промышленное производство, скорее всего, начнётся», – резюмировала Станкевич. Конечно, скептики на иностранных интернет-форумах (ничем, кстати, не отличающиеся от российских «коллег») уже высказываются о том, что предполагаемых характеристик аккумулятора учёные добиться не смогут. Впрочем, то же самое говорили и о перспективах первых электромобилей.