На факультете электроники и компьютерных технологий МИЭТ выращивают лес из нанотрубок

Интервью с А. А. Строгановым, кандидатом технических наук, сотрудником подразделения Факультета электроники и компьютерных технологий Московского государственного института электронной техники (МИЭТ), и его ассистентом, Э. Ю.Катаевым, учащимся магистратуры МИЭТ.

Антон Александрович, пожалуйста, расскажите о проекте, которым Вы сейчас занимаетесь?

Антон Строганов: У нас есть проект, который мы реализуем совместно со специалистами из МГУ и Московского энергетического университета. Это – проект по литий-ионным батареям высокой ёмкости. Оказывается, если в литированную шпинель – материал катода для литий-ионных батарей – добавить углеродные нанотрубки, то его ёмкость может значительно увеличиться. Мы выращиваем углеродные материалы в литированной шпинели, повышая, таким образом, ёмкость батареи. Поскольку технологически трудно сделать линейку, где можно было бы создавать батареи, нам приходится объединять ресурсы нескольких университетов, для того чтобы не просто создавать какой-то материал, а выпускать конечный продукт. То есть, собственно аккумуляторную батарею, которую можно использовать в быту.

Для чего нужно увеличивать ёмкость батареи?

А.С.: Какие у нас с вами, как у потребителей, требования к батарейке? Чтобы она долго работала без подзарядки, быстро заряжалась, долго не портилась – чтобы было много циклов зарядки-разрядки, и при этом ёмкость не падала. Всё перечисленное влияет на потребительские характеристики товара. Материал катода определяет то, как много энергии запасает батарея, какое у неё напряжение и как быстро она может отдавать энергию. Ясно, что литий-ионные батареи могут использоваться не только в мобильных телефонах или ноутбуках. Мы разрабатываем батареи для применения в более крупной технике, например, в автомобильной. Там нужна бОльшая мощность. Обычная батарея с этим не справляется, она не может быстро отдавать накопленную энергию. Происходит разогрев устройства, что очень вредно: падает КПД, уровень безопасности. Материал катода требует доработки. Непосредственно в нём выращивается нанографит. Мы получили данные о том, что углеродные трубки образуют кластеры лития внутри материала катода, увеличивая ёмкость хранения энергии в разы.

Вы совершенствуете только материал катода?

А.С.: Нет, мы работает и по аноду. Для этого мы выращиваем лес из нанотрубок, сильно разреженный лес, и осаждаем на него кремний. Таким образом, получаем безопасный анод для батареи, который также обладает высокой ёмкостью.

В чём состоит сложность выращивания углеродных нанотрубок и осаждения кремния?

А.С.: Мы с 1999-го года занимаемся углеродными материалами, работаем с дешёвыми технологиями синтеза материала для применения в промышленности. Основные наши проблемы – чисто технологические. Производство литий-ионных батарей – само по себе дело сложное, поскольку для этого необходимы чистые помещения, материал очень чувствителен к наличию влаги в атмосфере. То есть, нужны специальные боксы, специализированная производственная линейка, на которой можно создать батарею.

А средств и людей Вам хватает?

А.С.: Средств и людей всегда не хватает. Нам важно, чтобы у человека было желание работать, а не писать отчёты. Надо, чтобы он был заинтересован в достижении конечной цели, а не в зарабатывании денег. Когда главным для сотрудника становится не идея, а материал для отчёта – проект начинает сильно пробуксовывать. Поэтому мы подбираем людей, для которых основная цель – реализация производственных задач.

Научные разработки, связанные с улучшением катода с помощью углеродных нанотрубок, были сделаны задолго до начала Вашей работы?

А.С.: Нет, эти работы идут параллельно. Конечная цель любого исследования – это производство. В ходе научного поиска мы должны получить результаты, которые превосходят уже существующие. Иначе нет смысла внедрять их в производство.

Эльмар Катаев: В основе производства лежат самые последние исследования в области батарей. И это правильно, наука и производство должны всегда идти бок о бок. Только так на рынке литий-ионных батарей можно как-то выжить, потому что занимаются этим многие. И постоянно делаются какие-то открытия. Есть даже целые институты, направленные на эту проблематику. Чтобы наша продукция была конкурентоспособной, мы проводим многочисленные научные исследования.

А.С.: Еще 15 лет назад ноутбуки не работали больше нескольких часов подряд. Доля батарейки в стоимости современного ноутбука уже не так велика, и аккумулятор вполне может работать 8–12 часов. Это связано с тем, что появляются более точные технологии, боле точные приборы, которые применяют в производстве материалов. То, что сейчас используется в производстве батарей, это уже нанотехнологии. Там уже нет ничего микронного, это молекулярные технологии.

Батарейка, над созданием которой вы работаете, сколько часов сможет обходиться без подзарядки?

А.С.: У нас сейчас созданы образцы, которые превышают мощность современных батарей Apple, Nokia в два раза. Но это не предел. Требуется улучшение самой технологии – не проведение дополнительных исследований, а именно доработка технологии, очистка тех материалов которые мы производим, для того чтобы ещё больше поднять этот порог. Грубо говоря, ваш телефон сможет работать с такой батареей в два раза дольше.

Сколько именно он будет работать с такой улучшенной батареей? Сутки – двое?

А.С.: Я могу назвать энергетические характеристики: 400 миллиампер/час на грамм.

Э.К.: Это количество тока, которое выдает батарея за единицу времени. Современная батарея держит 270 миллиампер/час. Наша – 400. Но это не предел, поскольку мы сейчас взаимодействуем с другими институтами, обмениваемся идеями и опытом в производстве батарей, намечаем совместные исследования. С другой стороны, то, что произведено в ходе исследований, не окончательный результат. После внедрения в производство это значение может уменьшиться.

А.С.: Новые батарейки будут работать дольше. А насколько – будет зависеть от того, сколько энергии нужно потребителю. Если вы работаете с телефоном постоянно, он требует больше энергии. Если он лежит у вас в кармане в режиме ожидания, он может неделю работать без подзарядки. Допустим, я заряжаю аккумулятор дважды в день. С новой батарейкой я смогу делать это всего раз в день.

Антон Александрович, скажите, когда будет налажен выпуск новых батареек?

А.С.: Вы задаёте сложные вопросы. Дело в том, что для этого требуется «довести до ума» технологию, затем подать заявку на финансирование проекта. Наша задача облегчается тем, что для изготовления улучшенных батареек не нужно строить новый завод, надо просто внедрить нашу технологию в уже существующее производство. Вообще, в России очень мало фабрик, которые производят литиевые аккумуляторы, всё больше никель-кадмиевые. Поэтому на наладку производства уйдёт минимум 2 года.

Э.К.: Требуется не поставить новую линейку, а внести минимальные изменения таким образом, чтобы они дали максимальный прирост мощности батареи. Это нетривиальная задача. Поставить новую секцию на производстве было бы проще. Эта задача и научная, и технологическая, и производственная. Один человек здесь ничего не сможет сделать, и даже целый коллектив учёных будет в затруднении. Поэтому мы и с производственными объединениями общаемся. Знаю некоторые компании, которые хотят организовать производство усовершенствованных батарей, мы находимся с ними в тесном контакте.

Ваши потенциальные партнёры – это российские компании?

Э.К.: Да.

А.С.: Вообще-то шпинель мы закупаем в Италии, там сами химические технологии лучше. Но все материалы, которые мы стараемся использовать – промышленные. Мы не считаем, что внедрение новых материалов должно идти революционным путём. Должно происходить эволюционное развитие, когда на смену тому, что есть, приходит что-то немного лучше. И тогда, через какое-то время, мы получаем абсолютно новый продукт.

Ваш проект относится к федеральной целевой программе по развитию нанотехнологий в России?

А.С.: По духу – относится, по факту – ещё нет. Сейчас мы как раз пытаемся это изменить. Будем подавать документы на финансирование.

Пожалуйста, оцените статью:
Ваша оценка: None Средняя: 3 (3 votes)
Источник(и):

portalnano