Новый, быстрый и дешевый способ получения графена — двухмерного материала, до сих пор долго и трудно производимого, открыли ученые в Беларуси. Перспективы хорошие, но главное —наладить производство. О создании натрий-графеновых батарей рассказал заведующий лабораторией ГО «НПЦ НАН РБ по материаловедению» Владимир Новиков.
— Как ученые вышли на идею создания альтернативы литиевым батареям?
Чтобы не догонять лидеров в литиевых батареях, мы решили заняться относительно новой темой. Это свежая ниша, почти нет конкуренции, и мы можем здесь развивать свои идеи. Для разработки нового типа батарей был приобретен специальный бокс —оборудование, которое позволяет нам работать в среде с очень низким содержанием кислорода и воды.
— В нем и произошло чудо?
В рамках работы над суперконденсаторами был разработан метод формирования графеноподобного материала, который по сути еще вчера был графитом, но сегодня мы его искусственно расширили, и он как попкорн вздулся. Из 1 грамма получается целая копна черного «снега». И дальше если его модифицировать определенным образом — химически, физически — и сформировать на его основе анод, композиционный материал, то можно получить прототип. И как раз первые прототипы ячеек получены. Сделаны ячейки типа «таблетка», призматическая ячейка.
Наши первые экспериментальные прототипы батарей уже сопоставимы с литиевыми. А теоретически они после доработки и отработки технологии должны быть в 2,5–3 раза дешевле, чем литиевые.
— Какие перспективы открывает новая технология?
Учитывая высокую стоимость лития и недостаточное количество его месторождений (добывается он в 8 странах: Австралии, Аргентине, Бразилии, Зимбабве, Китае, Португалии, США и Чили), новая натриевая батарея обеспечит более высокую экономическую выгоду. Еще одним преимуществом является то, что натриевые батареи не нуждаются в кобальте, который необходим в литий-ионных батареях.
Натриевые батареи могут использоваться как стационарные накопители энергии. Постепенно улучшая характеристики, мы сможем перевести на новые аккумуляторы транспортный сектор.
— Почему так важно заменить литиевые батареи на натрий-графеновые?
Они отличаются большей безопасностью по сравнению с литий-ионными. Это щелочные металлы, оба очень активны. Загвоздка в размерах атомов этих элементов. Атом натрия втрое тяжелее атома лития. То есть если просто заменить литий на натрий, то при одинаковой конструкции мы получим батарею емкостью в три раза ниже. Мы придумали, как изменить конструкцию и состав электродных материалов, чтобы нивелировать эту разницу.
Теперь у нас есть определенные компетенции, получены первые обнадеживающие результаты, что позволяет сохранять и развивать проект, обсуждать и синхронизировать ход мыслей.
— Какие эксперименты еще предстоит провести?
Важно запустить мелкосерийное производство для отработки технологий и изучения возможностей новых батарей. В ходе исследований предстоит узнать, как покажут себя новые батареи, сколько способны «поднять» циклов зарядки и перезарядки. Также предстоит выяснить, как на аккумуляторы действуют температуры — низкие и высокие.
— В чем проблема внедрения новых батарей?
Цепочка предполагает процесс, где задействованы не только ученые, но и продвижение опытных образцов, инжиниринг, взаимодействие с предприятиями. Добавим сюда снабжение, покупку реактивов, маркетинг и исследование конкурентов. Продвижение идет по комплексному треку. От ячейки до гигафабрики — огромный путь.