В МАИ разрабатывают накопители энергии из тонкоплёночных наноматериалов

Специалисты Московского авиационного института разрабатывают промышленную технологию производства электрических аккумуляторов нового типа. Благодаря применению инновационных материалов такие батареи будут работать до семи раз дольше, чем те, которые используются сегодня. То есть, например, мобильный телефон будет достаточно заряжать раз в неделю. При этом элементы питания смогут выдерживать от 5 тысяч до 10 тысяч циклов зарядки-разрядки, что в 5–10 раз больше, чем у обычных батарей.

— В наших аккумуляторах более низкая токовая нагрузка, чем в обычных, поэтому они выдерживают намного больше циклов зарядки-разрядки. Сейчас удельная энергоёмкость стандартной батареи 220–260 Втч/кг. На первом этапе мы сможем повысить её в 1,5–2 раза. А при дальнейшем усовершенствовании технологии мы добьёмся 1000–1500 Втч/кг, то есть при той же массе элементы питания будут работать в пять-семь раз дольше, — рассказал руководитель проекта, заведующий кафедрой 1204 «Радиоэлектроника, телекоммуникации и нанотехнологии» МАИ Владимир Слепцов.

Основные составляющие любого аккумулятора — это положительно заряженный электрод — катод, и отрицательно заряженный — анод. Чаще всего их делают из цинка и диоксида марганца. Такие детали обладают гладкой поверхностью, поэтому на них можно нанести очень ограниченное количество материала, непосредственно запасающего электроэнергию. Обычно в этом качестве используют литий.

Учёные МАИ предлагают сделать основой катода и анода специальный материал из углерода — «Бусофит». Его выпускают в Белоруссии. За счёт своей пористой структуры он обладает очень высокой удельной поверхностью — 1000–1200 кв. м на грамм. Тогда на них можно будет разместить гораздо больше химически активных веществ и элементов для накопления энергии — конденсаторов. Таким образом, получается наноструктурированный электродный материал.

— Наша разработка основана на тонкоплёночной нанотехнологии. Она предполагает совершенно новые материалы в основе электродов. Представьте углеродную матрицу с высокой удельной поверхностью, в которую помещаются химически активные и вспомогательные добавки. Благодаря этому удаётся добиться новых свойств электродных материалов, а именно более высокой удельной энергоёмкости. В результате появляется возможность совершенствования конструкции аккумуляторов и технологии их изготовления с целью повышения рабочих характеристик и безопасности эксплуатации, — заключил Владимир Слепцов.

Интерес к разработке проявляют отечественные компании, в частности, КамАЗ, в чьих электробусах пока что используют зарубежные аккумуляторы. Однако применение накопителей энергии, созданных по тонкполёночной технологии, не ограничивается автоиндустрией. Их также можно будет задействовать при производстве батарей для электросамолётов.

Маёвский проект включили в дорожную карту Госкорпорации «Росатом» под названием «Технологии создания систем накопления электроэнергии, включая портативные». Сейчас он находится на стадии испытаний. Готовую к выходу на рынок технологию планируют представить в 2028–2029 годах.