Энергия с наносекретом: над супераккумулятором работают ученые из Дубны

15:22, 21 июля 2020

Уникальные прототипы литий-ионных аккумуляторов разрабатываются учеными в университете «Дубна». Они позволят электронным гаджетам работать дольше, а электромобилям ездить быстрее и на более дальние расстояния. С подробностями – корреспондент «Подмосковье сегодня».

ВМЕСТО САЖИ – НАНОТРУБКИ

Человечество мечтает о вечном двигателе не меньше тысячи лет. Однако этой фантазии вряд ли суждено сбыться: слишком фундаментальны ограничения, которые накладывает природа. Гораздо реальней – перспектива широкого использования электротранспорта, который будет ездить, разгоняться и заправляться так же быстро, как и классический. Над этим сегодня активно работают в лаборатории тонких пленок и функциональных материалов университета «Дубна».

Прототипы литий-ионных аккумуляторов нового поколения, созданные учеными университета и сотрудниками лаборатории нейтронной физики Объединенного института ядерных исследований, обладают уникальными характеристиками. Они могут «запасать» больше энергии, быстрее ее отдавать и быстрее накапливать.

– В традиционных аккумуляторах в качестве проводящей добавки используется сажа. Это очень дешевый компонент, но и проводник из него не особо хороший, – рассказывает заведующий лабораторией тонких пленок и функциональных материалов Государственного университета «Дубна» Филипп Напольский. – Углеродные нанотрубки, которые мы используем вместо сажи, позволяют оптимизировать микроструктуру электродных покрытий и добиться рекордно высокого значения удельной энергии в литий-ионных аккумуляторах.

МОЩНЕЙ И ИЗЯЩНЕЙ

Прототипы аккумуляторов нового поколения из Дубны не только запасают больше энергии, но и значительно изящней и легче своих стандартных собратьев. Как отмечает Напольский, снижение массы особенно важно, когда речь идет об источниках энергии для транспорта.

– К примеру, в электромобиле Tesla аккумуляторная батарея занимает четверть от массы всего авто. При этом сам автомобиль весит 2 т, а батарея соответственно 550 кг. Внедрение нанотрубок в состав электродов аккумуляторов может потенциально уменьшить массу всей батареи на 50 кг без снижения функциональных характеристик. Для машины это существенно, а для электрокаров особенно, – отмечает ученый.

Применять новую технологию можно в любых предметах, которые работают за счет электричества – от мобильных телефонов и гаджетов до электротранспорта и стационарных систем накопления и хранения энергии. Все благодаря тому, что она подходит для аккумуляторов любого форм-фактора: электроды можно скручивать и создавать цилиндрические аккумуляторы либо послойно укладывать в электродный блок и формировать призматические аккумуляторы прямоугольной формы.

Ученый уверен: аккумуляторы с нанотрубками могут быть востребованы в нашей стране, учитывая, что в столице, Санкт-Петербурге и Подмосковье уже начали появляться первые электробусы, в которых нет двигателей внутреннего сгорания. Такие машины производят в России, а вот аккумуляторы, как правило, закупают за рубежом.

10 МИНУТ НА ЗАПРАВКУ

Благодаря высокотехнологичному оснащению дубненская лаборатория отрабатывает технологические решения и создает прототипы аккумуляторов самостоятельно. Нанотрубки едут в Подмосковье из Новосибирка. Ученые активно сотрудничают с МГУ, Сколтехом, МФТИ и другими институтами в разных уголках нашей страны.

Работают здесь и над тем, чтобы в перспективе внушительная автомобильная аккумуляторная батарея могла заряжаться не дольше, чем длится заправка бензином обычного автомобиля.

– Вечный двигатель изобрести невозможно – это противоречит законам физики, – уверен Напольский. – Увеличивать емкость аккумулятора до бесконечности тоже не под силу ученым. Однако мы можем пойти другим путем и повысить скорость его заряда и разряда. Так, высокая скорость заряда позволит хозяину электрокара заправить авто энергией, пока он пьет кофе. А скорость разряда – максимально быстро набрать скорость после старта.

Над этой задачей исследователи из Дубны также трудятся не покладая рук. А это значит, что в ближайшем будущем в России может появиться своя технология массового производства уникальных литий-ионных аккумуляторов с улучшенными характеристиками. Это позволит обеспечить серьезные конкурентные преимущества отечественному высокотехнологическому сектору экономики.

– Для нас одной из приоритетных задач является сохранение и приумножение научно-технического потенциала региона, - рассказали в пресс-службе Министерства инвестиций, промышленности и науки Московской области - В Московской области для развития инновационной инфраструктуры создаются технико-внедренческие площадки, в том числе при наукоградах. На текущий год для этих целей из регионального бюджета было выделено 155 млн руб.

Под руководством ученых в лаборатории принимают активное участие в исследованиях и студенты университета «Дубна». Уже изготовлено более 100 аккумуляторов нового поколения, для студентов эта работа стала хорошей инженерной практикой.

Кстати, электрический транспорт активно развивается в Подмосковье: в регионе проходит тестирование электробусов, которые могут заменить на маршрутах обычные автобусы. Так, в минувшем году в Павловском Посаде прошел испытания электробус второго поколения КамАЗ-6282, который выпускается на дочернем предприятии «КамАЗа» в Нефтекамске. Полностью электробус заряжается за четыре часа, на подзарядку требуется всего 6–20 минут.

Ксения Стеценко