Командиры батарей. Химик рассказал о российских аккумуляторах будущего

На этой неделе объявлены лауреаты Национальной премии в области будущих технологий «Вызов». Её называют российским аналогом Нобелевской премии, хотя сами организаторы такого сравнения избегают.

В премии пять номинаций. Лауреатом в номинации «Прорыв» стал химик Евгений Антипов, который со своим учеником и лауреатом Артёмом Абакумовым разрабатывает материалы для аккумуляторов нового поколения. «Новые литий-ионные аккумуляторы требуют новых материалов. Эти химические компоненты в данный момент закупаются за рубежом. И мы должны создать технологии производства химических веществ, которые будут использоваться в отечественных аккумуляторах, — объяснил суть этой работы Евгений Антипов. — Плюс необходимо подготовить специалистов, которые будут понимать, как получать эти материалы. Те разработки, которые мы проводим, как раз и направлены на то, чтобы в нашей стране появились компетенции. Чтобы вы, например, по вашему смартфону с вашей зарядкой говорили не два дня, а неделю, чтобы на электромобиле мы проезжали не 200-300 километров, а 800. И самое главное, чтобы они были безопасны».

Aif.ru поговорил со вторым лауреатом в этой номинации — Артёмом Абакумовым, директором Центра энергетических технологий Сколковского института науки и технологий, заслуженным профессором Сколтеха.

«Упаковать», чтобы увеличить

Дмитрий Писаренко, aif.ru: Что за материалы для аккумуляторов вы разрабатываете?

Артём Абакумов: — Литий-ионный аккумулятор — это очень сложная электрохимическая система. В ней много разнообразных составляющих и материалов. Но есть один класс материалов, в котором сосредоточены основные инновации. Это материал положительного электрода, или катода. От него зависят самые важные параметры: энергоёмкость аккумулятора, срок его службы, мощность. То есть, грубо говоря, какое количество энергии он способен запасать на единицу массы или объёма, как быстро способен отдавать или принимать это количество энергии, и как долго он будет работать. Это основные потребительские качества аккумулятора, и они определяются как раз катодными материалами, которые мы разрабатываем.

— Какие именно характеристики аккумуляторов пытаются улучшить учёные?

— Технологии постоянно развиваются. Удельная энергоёмкость литий-ионных аккумуляторов растёт из года в год, при этом их цена падает.

Учёные работают над тем, чтобы, используя ограниченный круг доступных элементов для создания таких материалов, получить как можно большую энергию, допустим, в заданном объёме. Этого можно добиться, скажем, плотнее «упаковывая» частицы катодного материала, а для этого надо работать над их формой, над тем, чтобы они образовывали как можно более плотные ансамбли.

Или, например, если мы хотим увеличить срок службы аккумуляторов, нужно придумывать более сложное строение этих материалов, менять их состав, структуру. Или производить не поликристаллические, а монокристаллические материалы. Есть большое количество направлений, которые дают свой вклад в конечные характеристики аккумулятора.

«Можем сделать аккумулятор любого формата»

— Раз вы получили премию в номинации «Прорыв», значит, сделали что-то прорывное?

— Мы создали ландшафт, на котором в дальнейшем могут работать российские учёные. Он определяется, в первую очередь, интеллектуальной собственностью на наши разработки. Сколковский институт науки и технологий, где мы трудимся, сейчас является лидером в Российской Федерации по количеству патентов в области высокоёмких катодных материалов для литий-ионных аккумуляторов. Это первый результат нашей работы.

Второй результат — сами технологии производства аккумуляторов. Мы выпускаем современные катодные материалы в количестве десяти тонн в год. Это на самом деле немного и не покрывает будущие потребности рынка. Но так создаётся возможность строить технологию на отечественных разработках, не обращаясь за помощью к дружественным странам, не отдавая на аутсорсинг, а используя исключительно достижения российской науки.

— Что получит в результате потребитель? Наши смартфоны будут дольше держать заряд?

— Мы сейчас можем сделать аккумулятор практически любого формата. Можем сделать, например, на 3-5 Ампер-часов, сколько требуется для смартфона. Можем выпустить аккумулятор на 15 Ампер-часов, на 25, а если будет заказ, то и на 70, и на 100 Ампер-часов. У нас есть опытно-производственная линия по производству аккумуляторных ячеек.

— Ячеек?

— Так называется отдельный законченный элемент системы накопления энергии. Литий —ионный аккумулятор — это и есть ячейка. В бытовом понимании — батарейка. Из них потом собирается набор, помещается в корпус, обеспечивается системами охлаждения и контроля управления — получается готовый товар, который отправляется на производство и устанавливается в соответствующее изделие.

Рынок огромен

— И всё же. Если я сейчас заряжаю смартфон в среднем раз в стуки, на сколько увеличится этот срок благодаря аккумуляторам нового поколения?

— Я уже сказал, что аккумулятор — очень сложная система, и её производительность зависит от разного вида материалов. Я могу отвечать только за тот материал, который мы производим. Благодаря ему срок службы катодного материала увеличивается на 30%. Это существенно. Если хорошо поработать над всеми компонентами аккумулятора, можно добиться того, что смартфоны будут заряжаться раз в пять дней. А в идеале — раз в неделю.

— Смартфоны в России, к сожалению, массово не производятся. В каких отечественных устройствах найдут применение ваши аккумуляторы?

— В России целый набор нишевых рынков, где требуются специализированные аккумуляторы. Давайте возьмём низкоорбитальную спутниковую группировку. Для этих космических аппаратов нужен специфический тип аккумуляторов. Они должны иметь огромный ресурс по числу циклов заряда-разряда, но при этом заряжаться и разряжаться не полностью на 100%.

Или возьмём беспилотные летательные аппараты. Для них требуются аккумуляторы высокой мощности. Или, допустим, скутеры, сигвэи, самокаты — им тоже необходимы литий-ионные аккумуляторы со своими специфическими характеристиками. И таких рынков очень много. Универсальных аккумуляторов не существует: тот, который стоит в смартфоне, не поставишь в электросамокат.

Все эти рынки перед нами открыты, и мы, учёные, пытаемся обеспечить их потребности.

Технология полностью российская

— Есть ли у наших технологий производства аккумуляторов какое-то преимущество перед иностранными?

— Мы в технологии производства катодных материалов достигли такой степени контроля процесса (а это очень сложно), что наш материал всегда получается с одними и теми же заданными характеристиками. А это крайне важно в производстве литий-ионных ячеек — у них должны воспроизводиться одни и те же параметры.

И мы можем применять свою технологию к широкому диапазону химических составов. Иначе говоря, выпускать целую линейку катодных материалов, что на самом деле очень непросто. Наша технология полностью российская, и в этом её основное преимущество.

— Как считаете, может ли премия «Вызов» со временем стать альтернативой Нобелевской премии, о чём говорят некоторые эксперты?

— Да в этом нет никакой необходимости. Премия «Вызов» даётся по своим правилам, которые отличаются от правил Нобелевской премии. И то, что в России есть такая значимая, авторитетная премия — очень хорошо. Это стимулирует и молодых, и состоявшихся учёных на достижение прорывных результатов. Что бы ни говорили, учёным очень важно признание в сообществе, и такая премия является индикатором этого признания.