8 (496) 522-25-60
Прошедшие события
В ФИЦ ПХФ и МХ РАН разрабатываются отечественные компоненты для производства литий-ионных аккумуляторов
Сотрудники лаборатории твердотельных электрохимических систем ФИЦ ПХФ и МХ РАН в рамках гранта «УМНИК»[1] создают катодный материал на основе наночастиц для производства литий-ионных аккумуляторов.
Черноголовка, 23.10.2023 – Дом ученых НЦЧ РАН
Современный мир трудно представить без аккумуляторов – они используются в ноутбуках, смартфонах, электротранспорте. Нельзя обойтись без них и в возобновляемой энергетике – поскольку необходимость в электричестве после захода солнца у человека не пропадает, избыток вырабатываемой солнечными панелями энергии аккумулируется днём и расходуется ночью.
С каждым годом гаджеты становятся всё более мощными, что увеличивает энергопотребление. Например, Tesla Model S 2012 года выпуска могла проехать 200-250 км на одной зарядке, а уже в 2022 году Tesla Model S была способна проехать 600-700 км после полной зарядки батареи.
Аккумулятор состоит из материала положительного электрода, катода; материала отрицательного электрода, анода; электролита. Самый дорогостоящий компонент в аккумуляторе – катодный порошок. Катоды бывают разные, самые популярные образцы стоят 150-400$ за килограмм, имея теоретическую емкость – от 170 до 270 мАч/г [2]. 
Рисунок 1. Устройство литий-ионного аккумулятора
На сегодняшний день основная проблема отрасли литий-ионных аккумуляторов в России — недостаточное развитие производства материалов и аккумуляторов, что приводит к необходимости импорта компонентов из других стран.
| «В 2022 году мной была подана заявка на грант «Умник» от Фонда Содействия Инновациям, суть которой заключалась в следующем – разработать катод из пентаоксида ванадия, который широко используется в РФ. Этот материал имеет ёмкость 441 мАч/г, стоимость от 2500 до 3000 рублей за килограмм и доступность для покупки в Москве без необходимости ожидать доставки из-за границы на протяжении нескольких месяцев. Однако, у него есть некоторые недостатки, такие как низкая проводимость и недостаточная кулоновская эффективность [3]. Целью моей работы является разработка положительного электрода на основе пентаоксида ванадия (V2O5). Для начала мы модифицируем структуру V2O5, получив нано-нити. Затем, изготовляя положительный электрод, будем подбирать связующее [4], которое позволит увеличить кулоновскую эффективность».
© Валерий Колмаков |
Рисунок 2. Процесс создания макета ЛИА
| «В перспективе разработка положительного электрода на основе пентаоксида ванадия позволит нам получить конкурентоспособный отечественный катодный материал, как следствие – цена на литий-ионные аккумуляторы с V2O5 будет ниже, потому что снизятся издержки на импорт, а сама сфера производства станет менее зависимой от иностранных поставок».
© Валерий Колмаков |
Рисунок 3. V2O5 до модификации структуры; Рисунок 4 V2O5 со структурой нано-нитей
Примечания:
- Программа «УМНИК» — это грант на 12 месяцев на развитие инновационного проекта от Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере– государственная некоммерческая организация в форме федерального государственного бюджетного учреждения. https://umnik.fasie.ru/
- Теоретическая емкость – максимальное количество энергии, которую может вместить в себя 1 грамм материала.
- Кулоновская эффективность – это то, насколько обратимо происходит процесс заряда и последующего разряда, она выражается в процентах. То есть, при стабильности в 99%, мы снижаем ёмкость аккумулятора на 1% каждый цикл заряда-разряда, как следствие, аккумулятор вашего телефона будет работать в два раза меньше после того, как вы зарядите его 50 раз – это, примерно, 2 месяца. Кулоновская эффективность зависит как от самого материала, так и от условий заряда и разряда – температуры, тока.
- Связующее – полимеры, которые используются в роли клея в изготовлении электродов
Дацюк Анна, Валерий Колмаков