Разделы

Цифровизация Электроника Импортонезависимость Техника

В России создан композитный материал для ванадиевых аккумуляторов большой емкости

Ученые Национального исследовательского технологического университета «МИСиС», Института проблем химической физики РАН, «Сколтеха» и РХТУ им. Д.И. Менделеева разработали новый углеродный композитный материал для ванадиевых батарей. Они применяются в энергетике и нефтегазовой отрасли. Если испытания пройдут успешно, в российской промышленности удастся импортозаместить китайские аналоги.

Новый материал

Российские ученые из НИТУ «МИСиС», Института проблем химической физики РАН, «Сколтеха» и РХТУ им. Д.И. Менделеева синтезировали новый углеродный композитный материал для создания ванадиевых батарей высокой емкости. Об этом CNews рассказали представители «МИСиС». Исследование было опубликовано в журнале Materialstoday Communications.

Биполярные пластины из инновационного материала устойчивы к коррозии, их легко производить и они способны снизить стоимость «зеленой» электроэнергии в целом.

До сих пор в батареях использовали китайские материалы

«Биполярные пластины были изготовлены с использованием углеродных волокон марки Toray T700, измельченного искусственного графита, и технического углерода марки N220, – сообщили в университете. – Окончательное формирование свойств осуществлялось путем нагрева в инертной среде до температуры 340 градусов Цельсия».

Импортозаместить китайское

Разработка важна по той причине, что главный элемент батареи – это металлическая биполярная пластина, в которой энергия преобразуется в электричество. Обычно пластину создают из графита, который обладает хорошей электропроводностью и химической стабильностью. Однако и минусы у него есть – например, проницаемость электролитами, которая с сокращает общий срок службы аккумулятора. К недостаткам специалисты относят и непростой технологический процесс обработки сырья.

Как рассказал CNews эксперт Центра энергоэффективности Университета «МИСиС» Андрей Усенко, сейчас ванадиевые батареи делают только из китайских материалов. Российских аналогов им до сих пор не было.

Над альтернативой ученые работали вместе со специалистами компании «Инэнерджи», которая специализируется на электрохимических технологиях. Исследователи решили использовать не мелкозернистый изотропный графит, а высоконаполненный проводящими углеродными наполнителями карбонизированный эластомерный композит. Материал обладает высокой химической стойкостью и способен регулировать электрические и механические свойства сделанной из него пластины.

Кроме того, композит однороден, обладает стойкостью к электролитам и электропроводностью, которой хватает дляиспользования в промышленных ванадиевых проточных батареях большой мощности. Свойства материала также позволяют наладить серийное производство биполярных пластин со сложной архитектурой.

Где могут применяться батареи

Проточная батарея – это электрическое устройство хранения энергии, в котором жидкий электролит прокачивается через ядро при помощи насосов. Иными словами, это тип гальванического элемента, в котором химическая энергия появляется за счет взаимодействия двух разделенных мембраной жидких химических компонентов. В ней обязательно есть два бака с жидкостями-электролитами, которые с помощью насоса подаются в сосуд с мембраной.

«Поскольку возобновляемая энергетика в существенной степени зависит от погоды и времени суток, для ее прорывного развития нужны мощные и доступные системы хранения энергии, – объяснили в вузе. – Ванадиевая проточная батарея представляет собой наиболее перспективный тип перезаряжаемого химического источника тока для создания накопителей электроэнергии большого и среднего масштаба, необходимых для решения задач современной энергетики».

Батареи могут применять в энергетике, нефтегазовой отрасли и в электрозарядной инфраструктуре, так как они отличаются высоким циклическим потенциалом. Служить аккумуляторы могут до 20 лет.

«В перспективе материал может использоваться в промышленных разрядных блоках в ванадиевых проточных батареях, – рассказал Андрей Усенко. – Но сначала требуется дождаться результатов ресурсных испытаний в реальных устройствах для подтверждения долгосрочной стабильности материала».

Он сообщил, что испытания будут проводиться в течение полугода-года, а затем еще через год-полтора в случае успеха может быть запущено производство батарей с использованием нового материала. Испытывает батареи компания «Инэнерджи» – новый материал она использует в учебно-методических стендах. На сайте организации среди продуктов можно найти учебно-методический стенд «Ванадиевая редокс-батарея» УМВРБ для знакомства с принципами работы проточных редокс-батарей, лабораторных и исследовательских работ по изучению изменения их характеристик в разных режимах эксплуатации.

Об университете

Напомним, в состав НИТУ «МИСиС» входит десять институтов и шесть филиалов – четыре в России и два за рубежом. Университет входит в топ-500 лучших вузов мира по версии QS WUR и в группу 151+ предметного рейтинга QS Materials Science как лидер в области материаловедения среди российских вузов. В университете работают около 40 научно-исследовательских лабораторий и инжиниринговых центров.

Ранее CNews писал о том, что ученые Центра НТИ «Квантовые коммуникации» Национального исследовательского технологического университета «МИСиС» представили узел квантовой сети для массового применения в российских компаниях, которые хотят защититься от утечек информации.

Анжела Патракова