В семь раз больше энергии: омские учёные придумали, как улучшить суперконденсаторы

Вечный двигатель – штука фантастическая, а вот мощный аккумулятор, который накапливает много энергии и быстро её отдаёт – вполне реальная. Над проектом, который позволит повысить ёмкость суперконденсаторов и получить мощный источник энергии для сложной техники, работает омский учёный Сергей Несов. Что это за разработка и где она очень нужна – выяснял «Трамплин».

Начнём с того, что такое суперконденсатор. Это источник питания, состоящий из электродов и электролита между ними. Его важная особенность – он накапливает большое количество электрического заряда и выдаёт его мощным импульсом, который особенно важен в момент пиковых нагрузок прибора.

Электродные материалы для суперконденсаторов и собирается усовершенствовать Сергей Несов, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник, и.о. заведующего лабораторией физики наноматериалов для химических источников тока ФГБУН «Омский научный центр СО РАН», вместе со своей командой.

Сейчас этот проект реализуется в рамках государственного задания, а также благодаря поддержке Российского научного фонда и Министерства промышленности Омской области. 

Сергей Несов: «суперконденсатор – источник электроэнергии, но другой направленности, чем аккумулятор, он используется там, где нужна высокая мощность, где энергия должна подаваться импульсом. Такая технология применяется для питания, например, фотовспышек, импульсных излучателей, различной электронной техники. Суперконденсаторы эффективно применяются в системах накопления энергии, основанных на энергии солнца или ветра, а также в качестве основных и резервных источников питания для электротранспорта и дронов. Суперконденсатор по сравнению с литий-ионным аккумулятором даёт очень большую мощность, а время заряда у него – секунды, а не часы. Телефоны – это слабые потребители, и литий-ионные аккумуляторы используются в таких случаях. А суперконденсатор нужен, когда нужна высокая мощность».

Главная цель команды учёных – разработка новых материалов для электродов для суперконденсаторов. Они собираются повысить электроёмкость, ведь чем она выше, тем больше заряда устройство может сохранять. Как говорят авторы, композиты на основе углеродных нанотрубок, созданные в лаборатории ОНЦ СО РАН, способны накапливать в 5–7 раз больше энергии, чем стандартные углеродные нанотрубки! Это стало возможно благодаря слоям оксида марганца, которые покрывают углеродные трубки внутри суперконденсатора.

Проект омских учёных – это ещё и работа по импортозамещению. Сейчас суперконденсаторы и материалы для них производятся за рубежом, и сибирские разработки вполне могут составить им конкуренцию.

«Да, есть аналоги, такие приборы уже производят. Наша страна идёт по пути технологического суверенитета, и мы работаем над задачей импортозамещения, чтобы обеспечить стабильность. Наша разработка отличается от импортных аналогов – мы изготавливаем материалы на основе отечественных углеродных материалов, используем углеродные нанотрубки российского производства. Характеристики по ёмкости конкурируют с уже имеющимися коммерческими материалами», – рассказывает Сергей Несов.

Сфера применения у разработки максимально широкая: «Мы по сути разрабатываем материал с высокой ёмкостью для суперконденсаторов, так что технология может быть применена везде. Этот материал можно упаковать в любую оболочку и поставить на электротранспорт, дрон, электронный замок, например. Везде – от самых мощных до самых слабых потребителей энергии».

Есть и партнёры у омичей, в том числе и в столицах: «Мы сотрудничаем с государственными институтами – например, проводим исследования в Курчатовском институте, с Санкт-Петербургским университетом заключили соглашение на исследование материалов. С технологическими партнёрами сложнее – им нужен готовый продукт, образец, испытанный учёными. Лабораторные образцы суперконденсаторов уже есть, их мы показываем партнёрам».

Разработки ведутся уже второй год, и учёные вышли на этап создания экспериментальных образцов.

«Это фундаментальный проект, мы не работаем на конкретную прикладную задачу, чтобы реализовать её прямо завтра. Сейчас мы проводим исследования и апробацию полученных результатов. Члены команды изготавливают экспериментальные образцы, чтобы подтвердить работоспособность материалов, их конкурентоспособность на рынке. Активно рассказываем промышленникам Омского региона о нашей разработке. В будущем планируется серийное производство, но говорить об этом ещё рано. Это наукоёмкое производство, в котором внедрение проходит долго. Нужны инвесторы, сложное оборудование. Если сейчас нам дать неограниченное финансирование и нужное оборудование, то внедрение технологии – перспектива 3–5 лет».

Автор: Ирина Баландина