Студенты СПбГУ придумали, как увеличить срок службы литий-серных аккумуляторов в два раза

Участники конкурса «Start-up СПбГУ — 2020» — команда Sulphur Energy — придумали, как сделать литий-серные аккумуляторы более долговечными. Благодаря разработке они станут эффективнее, чем известные литий-ионные энергонакопители, и их можно будет внедрить в массовое производство.

Литий-серные аккумуляторы были созданы еще в 2004 году и совершили прорыв в энергетике. Их ключевое отличие от предшественников заключается в том, что в состав катода входит сера. Она позволяет увеличивать емкость аккумулятора в два раза по сравнению с литий-ионным, а также поддерживать его в рабочем состоянии при температуре до минус 40 ̊C, что важно, например, для беспилотных летательных аппаратов, ищущих полезные ископаемые в Арктике. К тому же сера является доступным сырьем, снижающим конечную стоимость продукта. Однако в промышленных масштабах такие батареи еще не выпускаются.

При всех их достоинствах у литий-серных аккумуляторов есть существенные недостатки. Главный из них — постепенное вымывание серы из катода, которое ведет к быстрому уменьшению емкости аккумулятора. Поэтому срок его службы весьма ограничен и в два раза уступает литий-ионному. Цель нашего проекта — решить эту проблему, сделать так, чтобы литий-серный аккумулятор работал так же долго, как литий-ионный.

Капитан команды, магистрант направления «Фундаментальные и прикладные аспекты наноматериалов и нанотехнологий» Валентин Ершов

Для этого студенты изобрели специальную пленку — сепаратор, защищающий катод от вытекания из него серы. Он состоит из оксида алюминия — соединения, с которым сера не вступает в реакцию, благодаря чему она не может покинуть пределы катода. В то же время пленка пропускает литий в электролит — вещество, которое проводит электрический ток и находится между катодом и анодом, — и обратно, не мешая аккумулятору выполнять свои функции. Такая батарея будет на 70–80% более емкой, чем литий-ионная, и не менее долговечной.

Впрочем, ребята не единственные, кто пробует продлить жизнь литий-серных аккумуляторов. Подобные разработки ведутся Samsung и британской компанией Oxis Energy, исследования проходят и в научных учреждениях Германии. Однако, по словам участников, эти предприятия не станут продавать свои передовые технологии. Кроме того, в России они применимы не везде. Например, аккумуляторы для военной промышленности лучше изготавливать внутри страны, чтобы не зависеть от внешних поставок, которые могут неожиданно прекратиться.

Мы планируем открыть малое производство и продавать продукцию предприятиям. Хотелось бы начать с добывающей промышленности и изготавливать аккумуляторы для беспилотных летательных аппаратов, работающих в суровых погодных условиях. Потом будем расширять круг потребителей.

Капитан команды, магистрант направления «Фундаментальные и прикладные аспекты наноматериалов и нанотехнологий» Валентин Ершов

Сейчас ребята тестируют технологию, определяют оптимальную толщину пленки и проверяют емкость аккумулятора в разных условиях. В финале конкурса «Start-up СПбГУ — 2020» участники продемонстрируют его прототип.

Конкурс «Start-up СПбГУ» проходит в Университете уже в пятый раз. Команды, представившие самые наукоемкие и коммерчески перспективные бизнес-модели, получат денежные призы от эндаумент-фонда СПбГУ. Первое место принесет 300 000 рублей, второе — 200 000 рублей, а третье — 100 000 рублей. Кроме того, двум победившим командам могут предложить создать совместно с Университетом малые инновационные предприятия. Гранты на их развитие составят 1 000 000 и 700 000 рублей. Подробную информацию о конкурсе «Start-up СПбГУ — 2020» можно узнать на сайте эндаумент-фонда СПбГУ.

Команда состоит из пяти человек. Герман Сироткин («Химия») отвечает за синтез материалов и химический дизайн; Вадим Козлов («Физика») выполняет инженерные задачи при сборке и тестировании аккумуляторов; Михаил Николаев («Радиофизика») осуществляет масштабирование технологии в производство; Владислав Пескин («Менеджмент») ответственен за экономическую составляющую и маркетинговое продвижение проекта; Валентин Ершов («Фундаментальные и прикладные аспекты наноматериалов и нанотехнологий») занимается электрохимической частью проекта и координирует работу в группе. Научный руководитель — доцент СПбГУ доктор химических наук Олег Левин.