Участники конкурса «Start-up СПбГУ» придумали, как увеличить срок службы аккумуляторов

Команда Nano Energy создала установку, с помощью которой можно сделать литий-ионные аккумуляторы в полтора-два раза более долговечными. Внедрение ее в производство, как обещают разработчики, почти не отразится ни на расходах предприятий, ни на кошельках потребителей.

Сегодня обычный литий-ионный аккумулятор, например который используется в мобильном телефоне, служит в среднем два года. За это время его заряжают и разряжают приблизительно 1000 раз. Полученную энергию он запасает на поверхности двух встроенных электродов, которые выглядят как тонкие пластинки. Контактируя с внешней средой, они постепенно разрушаются, расслаиваясь и обрастая дендритами — литиевыми «иголками», заставляющими аккумулятор вздуваться. Через поврежденную поверхность все чаще происходит утечка тока, и в результате емкость источника снижается.

Мы предлагаем увеличить время службы аккумулятора благодаря нанесению на электроды оксидного слоя толщиной до нескольких десятков нанометров. Так их поверхность изолируется от внешней среды и теряет свои свойства гораздо медленнее.

Капитан команды, магистрант направления «Фундаментальные и прикладные аспекты наноматериалов и нанотехнологий» Степан Данилов

«Установку, которую мы для этого изобрели, можно будет встроить в производство. Технология также развивается в США и в Финляндии, однако там ее применяют в других сферах. В России над методом трудятся только в СПбГУ, поэтому ни на зарубежном, ни на отечественном рынке у нас нет конкурентов», — рассказал капитан команды, магистрант направления «Фундаментальные и прикладные аспекты наноматериалов и нанотехнологий» Степан Данилов.

Устройство, которое спроектировали ребята, состоит из реактора, где происходит синтез, вакуумного насоса и микроконтроллера — компьютерной программы, управляющей реакцией.
Работа установки проходит в несколько этапов. Сначала в реактор помещаются электроды. Специалист указывает в микроконтроллере параметры синтеза. Вакуумный насос откачивает воздух из реактора, одновременно с этим он продувается азотом. Этот этап, всегда предшествующий реакции, позволяет очистить поверхность электродов от неровностей и лишних молекул реагента, которые помешают построить химическую связь. Программа дает команду подать первое вещество. Для каждого случая оно подбирается отдельно, так как должно вступить с электродами, изготавливающимися из разных материалов, в реакцию. По указанию программы в реактор поступает второй реагент — вода, которая смешивается с продуктами уже прошедшей реакции. Один цикл создает слой 0,5 нанометра. Количество таких процедур зависит от конкретных целей заказчика. Когда электроды достаточно защищены, они покидают установку и используются в сборке аккумулятора.

Новая стадия потребует заложить дополнительные 10 минут в процесс производства товара, но, по словам инноваторов, в промышленных масштабах такие изменения не будут существенными. Стоимость установки составит приблизительно семь миллионов рублей. Скромный расход реагентов даст возможность сэкономить на сырье. По этим причинам конечная цена продукта, рассчитывают участники проекта, останется на прежнем уровне и не скажется на покупателе.

Проектом уже заинтересовалась крупная компания, производящая литий-ионные аккумуляторы, и теперь ждет от команды опытную партию. Сейчас стартаперы проводят исследования, чтобы определить, синтез каких реагентов сделает оксидный слой наиболее надежным, а также какая его толщина максимально увеличит срок службы аккумулятора. В перспективе изобретателям хотелось бы создать малое инновационное предприятие при СПбГУ и найти применение установке в производстве микросхем, солнечных батарей и ювелирных изделий.

Команда состоит из четырех участников. Лев Литвинов («Физика») выполняет инженерную часть проекта, Михаил Николаев («Физика») занимается вакуумной системой, Юлия Кустова («Экономика») составляет бизнес-план стартапа и ведет переговоры с предприятиями, Степан Данилов («Фундаментальные и прикладные аспекты наноматериалов и нанотехнологий») координирует работу в группе и проводит опыты. Научный руководитель — кандидат физико-математических наук Виктор Евгеньевич Дрозд.