Технологии

8722

Первые натриевые батареи становятся реальностью: ученые Академии наук разработали уникальный аккумулятор

 +

В них будет ток

Наряду с текущей нехваткой микросхем одна из самых больших проблем технологической отрасли — аккумуляторы. Спрос на этот тип компонентов и намечающийся дефицит лития заставляет производителей искать другие способы удовлетворения потребностей электротранспорта и мобильной электроники. Одной из альтернатив литиевым батареям стали натриевые — более дешевые, безопасные и доступные. Однако их производительность оставляет желать лучшего. Свой вариант решения этой проблемы предложили белорусские ученые: создали самокат на первом в мире натриево-графеновом аккумуляторе. 

Натриевые батареи отличаются большей безопасностью по сравнению с литийионными.
Натриевые батареи отличаются большей безопасностью по сравнению с литийионными.
 

Полным ходом

Национальная академия наук и ведущие предприятия машиностроительной отрасли страны разрабатывают большое количество технических и технологических решений в области аккумуляторных батарей для электротранспорта. Они неоднократно доказывали, что умеют создавать прорывные технологии. Так, ученые НПЦ НАН Беларуси по материаловедению первыми разработали уникальную натрий-графеновую батарею. Они смогли достичь параметров, которые сегодня сопоставимы с литиевыми батареями. Более того, теоретически такая разновидность аккумуляторов может обеспечить мощность, емкость и прочие показатели выше, чем у аналогичных тяговых батарей с применением лития. 

Первый прототип натрий-графеновой тяговой батареи для электротранспорта представили на выставке «Беларусь интеллектуальная». «Мы обещали Президенту создать наш отечественный безлитиевый аккумулятор, и мы это сделали. Это очень важная и нужная для страны инновационная разработка. Мы достигли примерно таких же параметров, как у литиевых батарей», — говорил тогда гендиректор НПЦ НАН Беларуси по материаловедению Валерий Федосюк. Он пообещал отладить технологию и на следующей выставке показать более совершенную батарею.

Над модификацией прототипа сейчас работают специалисты лаборатории физико-химических технологий. В поисках новых, более эффективных вариантов ученые обращаются к различным материалам, рассказывает заведующий лабораторией Владимир Новиков, в том числе к натрию:

— Натриевые батареи отличаются большей безопасностью по сравнению с литийионными. Это щелочные металлы, оба очень активны. Загвоздка в размерах атомов этих элементов. Атом натрия втрое тяжелее атома лития. То есть если просто заменить литий на натрий, то при одинаковой конструкции мы получим батарею емкостью в три раза ниже. Мы придумали, как изменить конструкцию и состав электродных материалов, чтобы нивелировать эту разницу. 

Ученые смекнули, что литиевыми аккумуляторами сейчас занимаются все, конкуренция в этом секторе жесткая. Достичь значимых результатов и заявить о себе на международном уровне можно, лишь взявшись за что-то новое. Совокупный опыт в области электрохимии и графеноподобных материалов, рассказывает Владимир Новиков, позволил в очень короткие сроки создать первый прототип натриевой батареи:

— Мы разработали новый способ синтеза графена. Простой, экономически выгодный и экологически безопасный. Подобные углеродные материалы используются во многих типах накопителей энергии. Мы попробовали сделать фрагмент суперконденсатора для электропогрузчиков БЕЛАЗ, и нам это удалось.

Однако рынок суперконденсаторов невелик, а прогресс в области обычных батарей оказался столь стремителен, что ученые перешли к разработке натриевых батарей. Оборудование для изучения электрохимических процессов было, технология производства графена и компетенции — тоже. Специалисты придумали, как повысить электроемкость натриевых аккумуляторов и достигнуть приближенных к литиевым показателей. 

Оказывается, в литиевой батарее всего 7 процентов лития, остальное — вспомогательные вещества. Увеличение процента лития влечет массу проблем, не вдаваясь в технические детали, объясняет Владимир Новиков:

— Происходит короткое замыкание, и батарея выходит из строя. До сих пор эта проблема, которая сдерживает прогресс в области электромобилей, в мире до конца не решена. Мы же подобрали добавки в электролит таким образом, чтобы замыкания не возникало. То есть за счет более концентрированного электрода мы частично компенсируем разницу в атомных массах натрия и лития, приближаем характеристики натриевого аккумулятора к литиевому.

Младший научный сотрудник Илья Сидоров изучает свойства графена.
Младший научный сотрудник Илья Сидоров изучает свойства графена.

Сейчас энергоемкость натриевого аккумулятора составляет 150 Вт.ч/кг, его литиевого собрата — 200 Вт.ч/кг. Работы по улучшению этого показателя продолжаются. 

Натриевые перспективы

Учитывая высокую стоимость лития и недостаточное количество его месторождений (добывается он в восьми странах: Австралии, Аргентине, Бразилии, Зимбабве, Китае, Португалии, США и Чили), новая натриевая батарея обеспечит более высокую экономическую выгоду. Это, в свою очередь, открывает большие перспективы для отечественного автопрома. Также, что немаловажно при сохранении промышленного суверенитета, все сырье, используемое при создании этого накопителя, отечественное. Помимо натрия, присутствующие в аккумуляторе аммиак и графен также производятся в Беларуси. Последний при этом получают из недорогого российского графита.

Еще одним преимуществом является то, что натриевые батареи не нуждаются в кобальте, который необходим в литийионных батареях. Большая часть кобальта, используемого сегодня для производства литийионных батарей, добывается в Демократической Республике Конго, где восстания, неорганизованная добыча полезных ископаемых и детский труд создают неопределенность и моральные сомнения в отношении торговли кобальтом.

Впереди запуск мелкосерийного производства натриевых батарей. Его намерены организовать в стенах института. Отработав на мелкой серии технологии и изучив возможности новых батарей к автомобильным ключам, выпустят линейку для самокатов. Затем приступят к созданию более мощных образцов — для мотоциклов. Так шаг за шагом настанет очередь электромобилей, электробусов и другой экологичной техники. Это значит, что электрокары могут существенно подешеветь, а также радикально нарастить дальность автономного хода. 

 

В первую очередь натриевые батареи могут использоваться как стационарные накопители энергии, — считает Владимир Новиков. — Постепенно улучшая характеристики, мы сможем перевести на новые аккумуляторы транспортный сектор, например, электрокары на заводах. Затем городскую пассажирскую технику и экскурсионный транспорт, который ездит по заданному непродолжительному маршруту. По мере продвижения по характеристикам в сторону их улучшения у нас есть все шансы выйти на электромобили.

Белорусские ученые уже прорабатывают возможность установления партнерских связей с рядом предприятий Минпрома. Притом не только белорусских, но и российских.

gorbatenko@sb.by

Полная перепечатка текста и фотографий запрещена. Частичное цитирование разрешено при наличии гиперссылки.

Читайте dneprovec.by «Вконтакте» → vk.com/rnewscity Читайте dneprovec.by в «Одноклассниках» → ok.ru/rcity