Научный проект СПбГУ откроет новые возможности для преобразования и хранения энергии

Один из проектов — победителей конкурса СПбГУ на проведение прикладных междисциплинарных НИР посвящен разработке перспективных материалов для электрохимических источников тока. Результаты исследования могут быть использованы для развития электротранспорта, БПЛА, подводных и других роботизированных комплексов как гражданского, так и военного назначения.

По приглашению ученых СПбГУ исследовательскую группу проекта возглавил профессор Технического университета Хемница (Германия) Рудольф Хольце. Его научные работы относятся к областям спектроэлектрохимии, самоорганизующихся монослоев, литий-ионных батарей, электрохимического преобразования и хранения энергии, электрохимического материаловедения. Рудольф Хольце — автор более 390 статей в рецензируемых международных журналах и 11 книг, член Саксонской академии наук и нескольких редакционных коллегий, а также редактор-основатель научного журнала Electrochemical Energy Technology.

Прогресс в области портативных электронных устройств, средств коммуникации, связи, робототехники, а также развитие транспортных средств на электрической тяге предъявляют все возрастающие требования к источникам электрического питания. Это должны быть надежные и безопасные источники энергии высокой емкости, мощности, быстро заряжаемые и обеспечивающие питание разнообразных устройств, способные к многократному использованию в течение длительного срока эксплуатации.

Без таких автономных электрохимических источников энергии уже трудно представить современную жизнь, как невозможно ее представить без портативных компьютеров, цифровых книг, видеокамер, сотовых телефонов и многого другого. При этом на бытовом уровне все мы хорошо понимаем преимущества высокой емкости батарей, которые не разрядятся быстро и не оставят нас без средств связи, соединения с Интернетом в условиях, когда нет рядом электрической розетки. И даже когда она есть, нам хочется, чтобы заряд батареи происходил по возможности быстро, в идеале мгновенно, а заменять любимый телефон или планшет не приходилось бы только из-за быстро испортившейся батареи.

Среди разнообразных электрохимических источников энергии в последние годы большой импульс развития получили литий-ионные батареи, которые занимают все большую долю рынка и начинают доминировать среди автономных электрохимических источников тока.

Мы хотим создать современную лабораторию исследований новых видов энергозапасающих материалов для литий-ионных источников тока и суперконденсаторов с улучшенными функциональными свойствами, прежде всего по повышенной емкости источников питания. Хочу подчеркнуть, что в этих разработках большое внимание будет уделено безопасным и экологически совместимым материалам.

Профессор Технического университета Хемница (Германия) Рудольф Хольце

Потребность во все более мощных и высокоемких автономных источниках тока с длительным сроком службы и специальными характеристиками стремительно растет. Прежде всего, по словам Рудольфа Хольца, это связано c современным развитием электротранспорта, где есть потребность как в мощных источниках энергии, так и системах рекуперации энергии при быстрой зарядке суперконденсаторов при использовании генерируемой в ходе торможения энергии. «Такие системы с динамической подзарядкой уже работают — например, на транспорте в китайском городе Шэньян, — отметил профессор Хольце. — Они работают без контактного провода, и такая система могла бы стать прекрасным дополнением системы электробусов в Санкт-Петербурге».

Кроме того, крупномасштабного хранения требует использование возобновляемых источников энергии — чтобы компенсировать колебания поставок энергии в сетях и поддерживать качество электроэнергии.

«Ограничения действующих разработок в некоторой степени тормозят фантазии инженеров-конструкторов техники, — подчеркнул профессор СПбГУ Вениамин Кондратьев. — Источники питания с высокой емкостью и мощностью важны не только для развития электротранспорта, но и для беспилотных летательных аппаратов, подводных и других роботизированных комплексов как гражданского, так и военного назначения. Высокая емкость источника обеспечит энергией на более длительное время, а его мощность позволит применить мощные электродвигатели. Создание новых материалов с повышенными функциональными характеристиками для современных производств источников тока является вкладом в решение актуальной задачи импортозамещения, а также обеспечения РФ автономными источниками энергии», — резюмировал ученый.