Российское производство литий-ионных батарей станет самым эффективным в мире

УжасноПлохоУдовлетворительноХорошоОтлично (6 голос(ов), средний: 4,67 из 5)
Загрузка...

Уникальный проект стал возможен, благодаря нанотехнологии, которую изобрели в Институте химии твердого тела и механохимии СО РАН еще в прошлом веке. «Этот сюжет достоин быть вписанным в историю инноваций как пример того, что технический прогресс определяется не научными идеями и открытиями – а технологиями. Мало найти, обнаружить новое явление или эффект – надо еще это явление заставить работать, а эффект применить на практике».

Так Николай Ляхов, главный ученый секретарь Сибирского отделения РАН, член-корреспондент РАН, директор Института химии твердого тела и механохимии, говорит о разработке, которая легла в основу проекта первого в России производства современных литий-ионных аккумуляторов. Одного из двух новосибирских проектов, которые получили одобрение и поддержку РОСНАНО.

Чтобы понять, в чем действительно заключается ценность и уникальность технологии, предложенной сибирскими учеными, начать придется издалека.

Кобальтовые цепи

Начнем с того, что литий-ионные батареи сегодня – отнюдь не экзотика. На таких батарейках работают электронные часы, сотовые телефоны, плееры, переносные электробритвы, фотоаппараты, ноутбуки – вся эта ставшая привычной для нас техника, требующая автономных источников питания.

— Например, на рынке ноутбуков сегодня соревнование идет в двух направлениях, — поясняет Николай Ляхов. – Первое – повышение скорости самого процессора, второе – увеличение запаса времени автономной работы. И как прикажете эти два требования совмещать? Ведь чем мощнее процессор, тем больше энергии он потребляет и тем быстрее ее тратит. Значит, емкость источника питания тоже должна расти. И тут у литий-ионных батарей нет соперников: они – самые емкие.

Литий – элемент необычный. Самый легкий из металлов, он в обычных условиях вступает в реакцию с водой, горит на воздухе, выделяя при этом летучие и едкие щелочные оксиды. Работать с ним невозможно. И все же люди научились использовать литий – связав его с другим металлом в оксидном соединении. Этой цепью, которой ученые «приковали» непослушный элемент, стал кобальт.

Вы спросите, зачем столько трудов? Зачем нужен такой неудобный и сложный в обращении компонент? Да затем, что легкий литий обладает весьма любопытным свойством: его ионы в соединениях с другими металлами способны перемещаться внутри кристаллической структуры вещества. Получается электрический ток – но не электронный, со знаком «минус», как в обычных сетях, а ионный, со знаком «плюс».

Что это нам дает? Раз есть ионный ток, значит, можно сделать ионный накопитель. Причем если в обычном конденсаторе заряд собирается только на поверхности, то в ионном накопителе работает весь объем, а значит, емкость батареи увеличивается в разы.

И все было бы хорошо: литий-кобальтовые батарейки прекрасно ведут себя в часах, мобильниках и прочей мелкой аппаратуре, но когда дело доходит до устройств более масштабных, тут кобальт обнаруживает свои недостатки.

Во-первых, металл это довольно редкий и дорогой – по стоимости приближается к серебру. Для телефона это, может быть, не имеет большого значения, а вот, к примеру, в автомобиле сразу существенно отразится на цене. Есть и второе «но»: в аккумуляторах на основе литий-кобальтового оксида надо ограничивать ток заряда. Иначе они могут взорваться. И то, что в случае с сотовым телефоном окажется просто досадной неприятностью, в случае с ноутбуком уже может угрожать безопасности человека.

— Пытались кобальт заменить на никель, добавляли марганец, пробовали различные комбинации, — рассказывает Николай Ляхов. – Находили соединения, не уступающие по емкости литий-кобальтовым и при этом более безопасные. Но с каждым новым компонентом сложность получения, а значит и стоимость материала возрастали. Новые продукты просто не выдерживали конкуренции на рынке. В конце концов, исследователи впали в уныние и пришли к выводу, что эту проблему решить нельзя, что от литиевых источников придется отказаться. И вот тут… Вот тут у ученых появился новый оксид – литий-железо фосфат.

Энергия тонкого помола

Собственно говоря, соединять литий с железом уже пробовали. Но у получившегося вещества оказалась столь низкая электронная проводимость, что никому и в голову не пришло использовать его в аккумуляторах. Как выразился Николай Ляхов, «синтезировали, померили – и отодвинули».

Дело в том, что, какими бы замечательными свойствами ни обладал ионный накопитель, в цепи мы все равно можем использовать только электронный ток. Поэтому нам и нужен второй металл – как источник электронов. Железо не подошло – проводимость материала подкачала, и о нем благополучно «забыли».

До тех пор, пока ученые не догадались это соединение… помолоть. И выяснились удивительные вещи: если мы уменьшаем размер частиц и, соответственно, увеличиваем поверхность, то этот материал – литий-железо фосфат, который в одном «куске» имел очень низкую электропроводность, — в порошке становится отличнейшим проводником.

— Тут уже любой школьник поймет, — говорит директор ИХТТМХ, — чем больше поверхность катода, тем больше получается ток. Сегодня использование литий-железо фосфата позволяет достигать разрядной емкости 170 миллиампер в час на грамм катода. Для сравнения: соединение с кобальтом дает емкость на 30 процентов меньше.

Впечатляет? Еще бы! Но у батарей «с железом» есть еще одно весьма важное преимущество – они куда дольше могут держать рабочее напряжение.

— Литий-кобальтовые элементы разрядить до нуля практически не удается, — поясняет Николай Ляхов. – Они начинают снижать напряжение задолго до того, как кончится заряд, – и прибор уже не может дальше работать. При этом 30-40 процентов емкости, как правило, остаются неиспользованными. В идеале батарея должна отдавать всю свою емкость при постоянном напряжении. Таких идеальных устройств пока еще не придумано, но литий-железо фосфат уже отчасти приблизился к искомому совершенству.

Мельницы на грани фантастики

Однако все, о чем мы до сих пор говорили, — это пока что теория. Научные знания, идеи и открытия. Как воплотить их в жизнь, как приготовить катодную массу, чтобы при минимальных затратах получить максимально эффективный материал, в решении этой задачи как раз и преуспели сотрудники Института химии твердого тела – обойдя своих коллег из ведущих научных центров Востока и Запада.

— Именно здесь сегодня и идет соревнование, — говорит Николай Ляхов, – кто сделает более мелкий, более однородный и более активный порошок. Причем не просто порошок, а композит: чтобы материал получился более электропроводным, частицы литий-железо фосфата покрывают углеродом. Проще говоря – сажей.

Вот в этом и состоит ноу-хау сибирских ученых: им удалось создать уникальную технологию приготовления фосфатно-углеродной смеси – где каждая твердая нанокрупица покрыта равномерным слоем мягкого компонента.

Коллеги и конкуренты изобретали свои способы смешивания двух таких разных веществ: одни окунали оксид в углеродсодержащий раствор, другие пробовали пропитать порошок керосином, а потом нагреть. Все это оказались «тупиковые ветви развития». Наши ученые предложили совершено иной, куда более простой и действенный метод.

Конечно, у сибирских химиков был большой задел: сотрудники ИХТТМ уже имели опыт получения подобных механокомпозитов. Такой эффект «смешанного перемалывания» действует, когда приходится иметь дело с двумя субстанциями различной твердости.

— Эти вещества ведут себя по-разному, — продолжает Ляхов, — твердая превращается в микро- и нанокрупицы, мягкая растекается, распределяется по поверхности этих крупиц, увеличивая площадь их соприкосновения друг с другом. Получается своего рода «каша». Но для достижения такого эффекта нужны специальные условия, специальные устройства.

Специальные устройства – это мельницы-активаторы, разработанные в Институте химии твердого тела. Таких мельниц нет больше нигде в мире.

— Время от времени мы покупаем для сравнения импортные аналоги и всякий раз убеждаемся – наши лучше! Там, где на импортном оборудовании надо молоть часами, мы получаем результат за две-три, а то и за половину минуты.

Этот сюжет должен войти в историю – примером того, как открытия и научные идеи могут долгое время оставаться невостребованными и ненужными. До тех пор, пока не будет найдена технология, которая поможет претворить их в реальное производство и получить реальный продукт.

На эту уникальную, единственную в своем роде технологию сегодня с большим интересом заглядываются крупные зарубежные компании. Многие были бы не прочь купить и сибирское ноу-хау, и сибирское оборудование. Но продавать свою разработку наши ученые не торопятся, у них пока другие планы.

Литий, который изменит мир

Через четыре года с конвейера в Новосибирске сойдет первый тяговый литий-ионный аккумулятор, полностью изготовленный по сибирской технологии и из сибирских материалов. Буквально на днях госкорпорация РОСНАНО и китайская компания Thunder Sky подписали контракт. Проект, как теперь модно это называть, кластерный: предполагается, что сначала новое производство станет выпускать литий-ионные источники по старой китайской технологии, но постепенно – сперва катод, затем анод, а потом и электролит – будут заменяться отечественными разработками.

Заметьте – здесь собираются делать не просто батарейки, а мощные тяговые аккумуляторы для больших, 40-местных автобусов.

— Рынок – огромный, — говорит директор ИХТТМХ. – И в первую очередь, конечно, это сам Китай. Я был в технопарке в Чань-Чуне, там сейчас строится автобусный завод. Они выразили готовность покупать у нас 2,5 миллиона аккумуляторов в год! Такие объемы мы пока даже не закладываем. И второе: китайцы смотрят в будущее. Они не зря размещают свою линию в России. Они понимают, что наш рынок тоже очень перспективен, и заранее стараются приблизить производство к потребителю.

По оценкам специалистов, будущие российские аккумуляторы значительно мощнее нынешних китайских. Если к этому приплюсовать еще простоту процесса приготовления катодной массы, отсутствие выбросов и экологическую безопасность технологического процесса, то получается – новое производство будет самым эффективным в мире.

На какое-то время в области создания литий-ионных источников мы оказались впереди планеты всей. Надолго ли – неизвестно, поскольку тема эта на острие актуальности, и многотысячные научные коллективы в разных странах мира сейчас заняты ее разработкой. А значит, надо успеть воспользоваться той форой, которую дали нам технология сибирских ученых и чудо-мельницы, сделанные в Институте химии твердого тела.

— Сфера применения литий-ионных источников огромна, — говорит директор института Николай Ляхов. – Это не только аккумуляторы для автобусов. На электричество можно перевести велосипеды, самоходные тележки, газонокосилки, бытовые приборы и инструменты. Есть такая задача, как стабилизация частоты в городских сетях – по вечерам, когда люди приходят с работы и расход энергии резко повышается. Сегодня для этого используют очень сложные инженерные механические устройства. Их можно было бы легко заменить на литий-ионные батареи. Вспомогательные источники питания на железной дороге, электрокары в складских помещениях, наконец, компьютеры – возможности применения этих батарей неисчислимы. Взять тот же автомобильный транспорт, который скоро можно будет заряжать от розетки, как сотовые телефоны. Это целая отрасль, которая зарождается сегодня на наших глазах и в ближайшем будущем готова изменить мир.

Источник: Сибкрай.ru

Метки:: , , , , , , , , , , , ,

ОРИГИНАЛЬНЫЕ АККУМУЛЯТОРЫ ИЗ ЯПОНИИ

11 Отзывы Ваш отзыв

  1. Кирилл #

    Добрый день! У меня возник вопрос: что нужно сделать, кому сказать кому написать, с кем поговорить, для того что бы началось производство аккумуляторов в России. Это новый рубеж для РФ сейчас в наше время все больше людей хотят использовать электричество вместо ГСМ , НО БОЛЬШОЕ НО все знают кто главный в мире и в РФ конечно поставщик нефти… Может быть по этому до сих пор аккумуляторы не начали делать… Но Это будущее и нужно сейчас занимать нишу , в довольно в перспективной промышленности. Я думаю не за горами ДОСТУПНЫЕ элетромобили, для народа а не для Богачей.у богачей на бензин всегда деньги найдутся ведь нужно кормить 500 сильные автомобили, а электричество это на сегодня самое дешевое и доступное топливо, и очень экологический чистое,Экология на сегодняшний день не в очень хорошей форме. АКБ и электромобили ЭТО БУДУЩЕЕ…. АУУУУУУУУ Люди Очнитесь сейчас а не тогда, когда уже будет поздно. Давайте начнем производство!!!

  2. sovnats #

    27.01.2016
    Построенный за 15 миллиардов завод «Роснано» признан банкротом.
    Арбитражный суд Новосибирской области начал банкротство аккумуляторного завода «Энергетические решения» (ранее – «Лиотех»), принадлежащего госкорпорации «Роснано». Общий объем долгов предприятия превышает 8,6 млн рублей…
    банду путина — под суд.

  3. Ребят аккумуляторы это убойное приложение в наше время, так как существует огромное количество устройств и сфер для их использования, хватит жевать там сопли, взяли и создали, мне вот нужны качественные аккумуляторные батареи типа Литий Ион 18650, для мобильных внешних аккумуляторов, я занимаюсь розничной продажей, у Вас ничего НЕТ, и приходится возить из Китая, т.е. деньги в Китай, а они нам этот хлам, потому что мы не создали лучше. Скажите, что надо, что бы завтра был создан новый мощный аккумулятор?

    • Павел #

      Ты верно говоришь Юрий, да и вообще не плохо ноутбучные и телефонные аккумы выпускать в России цена качество!

  4. Артем #

    Завод стоит, прошло 5 лет, и где аккумуляторы?

  5. Мрачный #

    Если такие все умные в ИХТТМ, почему тогда не используют вашу технологию?
    В Китае свою придумали и вывели в производство. А у вас все так в лаборатории и осталось. Почему проект стал возможен благодаря вашим разработкам?
    Ищу в базе патентов и не вижу ваших. Что китайцы вашу технологию используют? Завод этот мне, кстати, показали (если не насвистели, конечно). Он виден с омской трассы. так что корпус стоит. Что внутри не видел. Интересно посмотреть будет на это российско-китайское чудо.

  6. юрий #

    А свое предумать слабо? Неужели тупее ладно китайцев, а корейцев?

  7. юрий #

    Умные и продвинутые, уже сегодня выпускают и начинают производство новейших батарей по нанотехнологиям, а здесь смустя 10лет вспомнили о литии и через 4 года только(если) построят, клоуны.

  8. Leadkiller #

    Еще один пилеж денег… за сумму, обозначенную, как стоимость проекта, можно построить несколько современных заводов.

Ваш отзыв





При равной цене какой аккумулятор Вы бы поставили на свой японский автомобиль (1 вариант ответа)?

Просмотреть результаты

Загрузка ... Загрузка ...

Check particles and PR

Free counters!

Портал о возобновляемых источниках энергии - 10,000 компаний по всему миру