Ученые Кольского научного центра РАН занимаются разработкой новых материалов и прототипов источников тока, способных функционировать в тяжелых условиях Крайнего Севера. Для завершения всех этапов разработок им требуется перчаточный бокс.
Сотрудники Кольского научного центра РАН занимаются разработкой новых источников тока — от синтеза материалов до сборки опытных образцов батарей. Исследование нацелено на создание энергетических устройств, которые могут эффективно работать в сложных климатических условиях, присущих Крайнему Северу. Следующим этапом станет изготовление полноценной прототипов и передача технологии промышленным предприятиям.
От порошка к батарее
Работы проводятся на базе институтов центра, где ученые на протяжении многих лет занимаются созданием новых материалов для электрохимических источников энергии. В настоящее время задача состоит в том, чтобы не только получить перспективные соединения, но и подтвердить их работоспособность в реальных устройствах. После лабораторных тестов планируется изготовление прототипов и оценка их эффективности.
После синтеза электродного порошка начинается ручная сборка компонентов. Лаборатория оснащена вакуумным миксером, который подготавливает электродную пасту. Она прокатывается на специальных валках и затем подается под пресс, где формируются готовые круглые ячейки coin-cell (дословно «клетки-монетки»). Они выглядят как обычные батарейки, однако внутри содержат уникальные материалы. Сборка «монеток» осуществляется в герметичном боксе с атмосферой инертного газа. В противном случае органический электролит разрушается под воздействием кислорода и влаги.
Пока на Кольском полуострове отсутствует перчаточный бокс с необходимыми характеристиками, ученые вынуждены работать совместно с коллегами из Дальневосточного федерального университета и Сахалинского государственного университета, где имеются соответствующие оборудование. Синтезированный материал и необходимые детали они отправляют на Дальний Восток, там собирают ячейки и возвращают их обратно для испытаний. Приоритетной задачей ученых является закупка сборочного бокса, и они надеются решить этот вопрос к 2026 году.
Современное тестовое оборудование включает в себя потенциостаты-гальваностаты для циклирования и импеданс-анализаторы, демонстрирующие поведение батареи в процессах зарядки и разрядки. В конце 2025 года Институт проблем промышленной экологии Севера КНЦ РАН получил высокотемпературную печь, работающую в вакууме и в атмосфере инертных газов при температурах до 1700 °C.
Подобные разработки особенно актуальны для энергетики северных регионов. В условиях низких температур традиционные аккумуляторы быстрее теряют емкость, поэтому необходимы специальные химические составы и конструктивные решения. Исследования в области надежного электроснабжения для Арктики являются одним из ключевых направлений работы научных подразделений Кольского центра.
Для промышленности и автономной энергетики
Конечной целью проекта является передача готовых технологий в промышленность. Новые источники тока могут быть использованы в автономных энергетических системах, геологоразведке, транспортной технике и оборудовании для удаленных автономных и полуавтономных объектов (метеостанции, контрольные аппараты на трубопроводах, ретрансляторы и пр.). Разработка прототипов должна подтвердить жизнеспособность подхода и ускорить внедрение в производство.
Над электродными материалами трудится группа специалистов из различных институтов, объединенных проектом «Центр рационального использования редкометалльного сырья». Координатором является Институт физической химии и электрохимии имени Фрумкина РАН, а партнерами выступают Институт общей и неорганической химии имени Курнакова РАН и Кольский научный центр РАН.
Мы занимаемся синтезом материалов для литий-ионных, натрий-ионных и многообещающих цинк-ионных аккумуляторов. Один из наиболее перспективных типов материалов — NMC (никель-марганец-кобальт). Изменяя соотношение металлов, мы управляем характеристиками аккумулятора, увеличивая его емкость, долговечность или безопасность.
Фото: hi-tech.mail.ru
