Американское бюро судоходства (ABS) представило вторую часть своего доклада «Аккумуляторные технологии в морской индустрии», в котором анализируются последние достижения в области систем хранения энергии. В то время как ограничения существующих литий-ионных аккумуляторов стимулируют поиск новых решений, в отчете рассматриваются перспективы и проблемы коммерциализации батарей следующего поколения. «Аккумуляторы предлагают ощутимые преимущества в морских и шельфовых операциях, способствуя повышению эффективности, соблюдению нормативных требований и сокращению выбросов», — отметил Майкл Кей, вице-президент по технологиям ABS.
Особое внимание в исследовании уделяется литий-серным (Li-S) аккумуляторам. Благодаря высокой теоретической плотности энергии, которая может в несколько раз превышать показатели современных литий-ионных батарей, они считаются одной из самых многообещающих технологий. Однако их широкому внедрению мешают серьезные операционные проблемы и риски безопасности. Ключевая из них — так называемый «челночный эффект», приводящий к быстрой потере активных материалов и сокращению срока службы, а также медленные химические реакции внутри элемента.
Еще одним перспективным направлением являются аккумуляторы с кремниевым анодом. Теоретически их емкость почти в 10 раз превышает емкость графитовых анодов, используемых сегодня в коммерческих литий-ионных батареях. При этом кремний является распространенным и экологически чистым материалом. Главная сложность заключается в том, что кремниевые аноды в процессе зарядки и разрядки могут катастрофически увеличиваться в объеме — до 400%, что вызывает разрушение активных материалов и быструю деградацию аккумулятора. Хотя коммерческие образцы с высокой плотностью энергии уже существуют, их стоимость остается очень высокой из-за сложного производственного процесса.
Батареи с анодом из металлического лития также обладают высоким потенциалом, однако их массовое применение сдерживается двумя основными препятствиями. Первое — это рост дендритов, игольчатых кристаллических образований на поверхности анода, которые могут вызывать внутренние короткие замыкания и, как следствие, возгорание. Второе — низкая эффективность циклов заряда-разряда. Одновременно продолжается разработка и новых катодных материалов, способных значительно повысить плотность энергии, но пока страдающих от недостаточной стабильности.
В отчете ABS подчеркивается, что проблемы безопасности остаются ключевыми для всех аккумуляторов следующего поколения. Подобно литий-ионным батареям, они подвержены риску неконтролируемого перегрева и выделения опасных газов. Например, кремниевые аноды могут выделять токсичный газ, а литий-серные — сероводород. Даже твердотельные аккумуляторы, которые считаются более безопасными из-за использования негорючего электролита, по некоторым данным, при перегреве могут выделять значительно больше тепловой энергии. Таким образом, несмотря на огромный потенциал, путь к безопасному и массовому применению новых аккумуляторных технологий в судоходстве требует решения множества сложных инженерных задач.