Цинк-воздушные топливные батареи – будущее(???) источников тока для электромобилей

К написанию этой статьи меня сподвигла активная пропаганда цинк-воздушных батарей для электротранспорта. Данные батареи планируются к использованию в электробусах, курсирующих на Олимпиаде в Пекине. Благодаря стараниям журналистов у меня сложилось ложное мнение о том, что цинк-воздушные элементы применяются в качестве вторичных химических источников тока – аккумуляторов. Однако это не так, и далее будет объяснено почему.

Цинк-воздушные элементы питания известны давно и хорошо знакомы мне, как медику. Область применения этих элементов – использование в слуховых аппаратах. Преимуществами, позволившими занять эту нишу цинк-воздушным первичным химическим источникам тока явилась высокая емкость и длительный срок хранения в неактивированном состоянии. Можете представить мое удивление, когда я прочел информацию о больших батарейках для электробусов?!

Устройство механически перезаряжаемых цинк-воздушных батарей просто: в емкость, разделенную на отсеки вставляются несъемные электроды, на которых адсорбируется и восстанавливается кислород воздуха и съемные кассеты, заполняемые гранулами цинка (расходный материал анода). В качестве электролита используется гидроксид калия, между положительным и отрицательным электродами прокладывается сепаратор. Для начала использования цинк-воздушного элемента вынимается пробка, препятствующая доступу воздуха внутрь. В результате окисления цинка до оксида цинка появляется ЭДС, равная 1,65В.

После выработки активного материала цинк-воздушную батарею нужно зарядить – заменить гранулы окисленного цинка в анодной кассете на свежий цинк. Данный процесс напоминает заправку топливом автомобилей с ДВС – для электротранспорта с цинк-воздушными батареями требуется развитая структура цинкозаправок, цинковозы и цинк-перерабатывающие предпреятия, на которых электро-химическими методами восстанавливается оксид цинка из отработанных анодов, потому справедливо назвать цинк-воздушные элементы "топливными".

Причиной использования такой сложной технологии является то, что цинк-воздушные элементы питания имеют плотность энергии в 2-2,5 раза большую, чем у наиболее емких из распространенных на сегодняшнее время – литий-ионных аккумуляторов.

Преимущества цинк-воздушных топливных элементов:

• Высокая плотность энергии – в 2-2,5 раза выше, чем у литий-ионных аккумуляторов
• Относительная дешевизна и распространенность цинка в промышленности
• Высокий показатель стабильности напряжения – при достаточном доступе воздуха в течение разряда на 80% сохраняется напряжение 1,65В
• Экологичность и прозрачная схема рециклирования отработанного цинка

Недостатки цинк-воздушных батарей:

• Необходимость создания развитой структуры цинкозаправочных станций и предприятий по переработке цинка
• Высокий уровень саморазряда разгерметизированной батареи из-за прямого окисления цинка кислородом воздуха в щелочной среде
• Сложность с оплатой энергии, поскольку при данной организации процесса будет всегда оставаться процент неизрасходованной активной массы. То есть всегда будет оплачиваться полная заправка "пустого бака". Несмотря на то, что могло быть израсходовано, к примеру, 40% активной массы, но, чтобы доехать до следующей заправки, необходимо быть заряженным на 85% все равно придется менять всю батарею.

Итак, можно подвести итоги... Несмотря на всю привлекательность цинк-воздушных элементов из-за их высокой удельной емкости, цинк-воздушные батареи имеют несколько очень больших недостатков, которые не позволят широко использовать данную технологию. Мы опять сталкиваемся с попыткой навязывания заведомо неприемлемой технологии для электротранспорта, как это было и происходит с водородными топливными элементами.