(10) 4.1. Технология электрохимического накопления энергии

Литий-ионные аккумуляторы благодаря своим преимуществам в виде отработанной цепочки поставок доминируют в современной подводной энергетике. Однако глубоководные условия высокого давления и низких температур создают серьёзные проблемы для их «макроскопической герметизирующей архитектуры» и «микроскопических механо-электрохимических механизмов сопряжения», вынуждая смещать технические направления от систем с внешним прочным корпусом к системам с внутренней безопасностью [31].

В коммерческих АНПА преимущественно используются замкнутые системы для мелководных применений. Однако для глубоководных миссий, превышающих критический порог в 2000 м, нелинейные потери веса делают жёсткие корпуса неэффективными. Следовательно, исследования смещаются в сторону архитектур с компенсацией давления (например, корпусов, заполненных диэлектрической жидкостью). Как отмечают Li и др., применение такой конструкции, устойчивой к давлению, позволяет снизить системный вес примерно на 18,3 % на глубине 6000 м по сравнению с жёсткими корпусами. Хотя это эффективно смягчает эффект усиления веса, это порождает новые проблемы с гидродинамической эффективностью, поскольку высоковязкое изолирующее масло значительно увеличивает вязкостное сопротивление внутренних движущихся частей.

В то время как системы с компенсацией давления решают макроскопическую проблему веса, прямое приложение гидростатического давления к элементу создаёт уникальные «механо-электрохимические» проблемы. Существующие исследования на основе спектроскопии электрохимического импеданса in situ показывают, что хотя высокое давление изначально может усиливать кинетику диффузии лития, непрерывное воздействие высокого давления со временем превращается в деструктивный фактор при длительных циклах. Это приводит к необратимой деградации ёмкости и нелинейному росту внутреннего сопротивления. Эти потери производительности обусловлены сложными механизмами микроскопического сопряжения, включающими в первую очередь разрушение частиц активного материала и разделительных свойств сепаратора.

Кроме того, глубоководный температурный режим (<4 °C) значительно увеличивает вязкость электролита, что потенциально может снизить полезную ёмкость более чем на 50 %. И наоборот, при разряде высокой мощностью система сталкивается с риском внутреннего накопления тепла из-за термомеханических эффектов, присущих стеснённым объёмам.

Современные коммерческие системы электродных материалов не полностью оптимизированы для этих экстремальных условий. Будущие прорывы лежат в области разработки полностью твердотельных аккумуляторных систем (ТТАС). Благодаря более высокой механической прочности модулей твёрдые электролиты могут без дополнительных ухищрений лучше противостоять глубоководному давлению, прокладывая путь к структурно-энергетической интеграции, которая устраняет необходимость как в тяжёлых прочных корпусах, так и в маслозаполненных компенсаторах [32].