750 тысяч зарядов: казахстанские ученые приблизили создание новых накопителей энергии

Казахстанские ученые разработали новые материалы для накопителей энергии и испытали их в прототипе гибридного суперконденсатора. Его заряжали и разряжали более 750 тысяч раз – после этого устройство сохранило стабильность работы. Youth.kz рассказывает, как работает разработка и где она может пригодиться.

По данным Министерства науки и высшего образования, исследования проводят в лаборатории «Материаловедение и электрохимическая инженерия» Satbayev University. Ученые ищут материалы, которые позволят накопителям дольше работать и выдерживать большое количество повторных зарядов и разрядов.

Для этого команда использует в том числе доступное казахстанское сырье – рисовую шелуху и свекловичный жом. Из них получают углеродные материалы с очень большой поверхностью – до 3000 квадратных метров на грамм.

Чем больше поверхность, тем больше пространства для взаимодействия материала с электролитом и накопления заряда.

Ученые также работают с графеном и композитами на его основе. Первые испытания показали, что новые материалы способны накапливать больше энергии, чем традиционный активированный уголь.

Что показали испытания

Разработанные материалы ученые проверяют не только отдельно, но и в прототипах накопителей энергии.

Один из них – гибридный суперконденсатор в формате pouch-cell. В нем используются два разных способа накопления энергии: один электрод работает за счет химической реакции, другой – за счет образования электрического слоя на поверхности материала.

Во время испытаний прототип показал удельную энергию 51 Вт·ч/кг при мощности 1 кВт/кг. Главное – устройство выдержало более 750 тысяч циклов заряда и разряда, сохранив стабильность.

Как ученые создают материалы

Для синтеза и обработки материалов в лаборатории используют систему сверхбыстрого джоулевого нагрева. Она позволяет за миллисекунды нагревать материал до температуры от 500 до 3600 градусов Цельсия.

С ее помощью ученые получают графен и сплавы, проводят быстрый пиролиз и меняют структуру материалов.

После этого разработку проверяют на нескольких этапах. Сначала исследователи оценивают электрохимические свойства материалов и измеряют площадь их поверхности. Затем тестируют их в специальных ячейках, чтобы понять, как они ведут себя при длительной работе.

Следующий этап – масштабные испытания. Ученые планируют проверить материалы в других типах ячеек и оценить их емкость, мощность и стабильность.

Где это может пригодиться

Накопители энергии нужны там, где электричество необходимо сохранить и использовать позже. Например, солнечные панели производят энергию днем, а потребность в ней может сохраняться вечером. Накопитель позволяет сохранить часть выработанной энергии и отдать ее позже.

Такие технологии могут использоваться и в электротранспорте, где оборудование должно выдерживать большое количество повторных циклов зарядки и разрядки.

Ученым предстоит проверить материалы в условиях, максимально приближенных к реальной эксплуатации, и понять, насколько технология будет эффективна при масштабировании.

У разработки есть и другое возможное применение. Исследователи испытали созданные композиты как покрытия для нержавеющей стали. Они показали устойчивость к коррозии, поэтому в будущем такие материалы могут использоваться и для защиты металлических поверхностей.

В проекте участвуют магистранты и докторанты Satbayev University. Исследования проводят совместно с партнерами из Австрии и Польши. Сейчас команда продолжает испытания и работает над масштабированием технологии.

Пока в Казахстане работают над развитием энергетики, ученые в США приближаются к созданию вакцины от рака. Ранее Youth.kz рассказывал об успехах новой персональной терапии.