В конце октября в Институте металлургии и материаловедения им. А. А. Байкова РАН прошла ХХ Российская ежегодная конференция молодых научных сотрудников и аспирантов «Физико-химия и технология неорганических материалов».
Менделеевский университет представляла студентка магистратуры ФЕН, сотрудница лаборатории МСНЭ Златоцвета Зырянова, выступив с устным докладом на тему «Новый тип композита — углеродный материал-электропроводящий полимер для электродных материалов суперконденсаторов».
По итогам конференции Златоцвета стала победителем в конкурсе на лучшую научно-исследовательскую работу. Мы расспросили ее о суперконденсаторах и о конференции.
— Златоцвета, Вы впервые участвуете в подобной конференции?
— Это второе крупное мероприятие для меня — в прошлом году я участвовала в конференции МГУ им. М.В. Ломоносова. Возможно, это пока не самая серьезная конференция в моей жизни, но точно значимая — и в ней участвует много коллег из других регионов, кто-то в онлайн-формате.
На конференцию я шла, скорее, за опытом выступления и представления именно своей разработки. И это было необычно. Металлургия и материаловедение — не совсем моя тематика, потому что у меня работа связана с созданием композитных материалов. Материаловедение, по сути, широкая область, и композитные материалы к материаловедению отнести можно, а к металлургии в моём случае нет.
Но я люблю отвечать на вопросы по теме своей научной работы, потому что это помогает какие-то ее аспекты переосмыслить и додумать. В конференциях участвовать нужно – можно найти коллег, с которыми можно поработать вместе.
— Как проходил отбор для участия?
— Честно говоря, я просто нашла профильную конференцию и подала заявку. И после выступления подумала: хорошо, какой-то опыт я уже получила. И очень удивилась, когда молодой человек, который отвечал за мою секцию, пригласил на следующий день на награждение победителей!
Возможно, судей зацепило то, что у меня была выбивающаяся из общего плана тема. Но тема у нас действительно крутая и ее нужно развивать.
— Расскажите, пожалуйста, о теме своего доклада и сфере научных интересов.
— Наша лаборатория «Материалы для систем накопления энергии и водородной энергетики» создана в рамках проекта «Приоритет 2030». Сейчас мы занимаемся обустройством и закупкой приборов параллельно с нашей научной работой.
Пока научная работа активно ведется на других кафедрах университета. Лаборатория занимается разработкой эффективных катализаторов для электрохимических генераторов особо чистого водорода для топливных элементов, а также накопителями энергии и их различными составляющими. Я занимаюсь суперконденсаторами, которые могут накопить в себе огромное количество энергии, быстро ее отдавать и быстро заряжаться.
— А как это можно уже сейчас практически использовать?
— Мы делаем накопители из углеродного волокна – оно выглядит почти как обычная ткань. Оно устойчиво к механическим воздействиям, гибко и поэтому из него можно создавать суперконденсаторы разных размеров и разных форм. И тут спектр применения огромен, если достичь хорошего сочетания типов накопления энергии и увеличить емкость.
Например, они могут применяться для стабилизации сетей. Например, происходит какая-то авария в больнице, и очень важно сохранить в рабочем состоянии аппараты жизнеобеспечения. И если питание отключается, то суперконденсатор может буквально мгновенно систему поддержать, чего не могут сделать стандартные литий-ионные батареи, поскольку они довольно долго разряжаются и заряжаются, а также теряют свою емкость даже в состоянии ожидания.
Или мы знаем, что поезд при торможении выделяет большое количество энергии и она уходит «в никуда», а потом тратится энергия, чтобы поезд снова завести. А с помощью суперконденсаторов мы можем энергию при торможении собрать и пустить ее на запуск движения.
Варьируя электролиты, можно создать такие суперконденсаторы, которые можно использовать для запуска автомобилей в экстремальных условиях. Испытания такие уже проводились. Электролиты назвали «арктический» и «тропический», их диапазоны работы от –65 до +65 град.цельс. и от +25 до +85 град.цельс. соответственно.
— А может, это уже где-то применяется?
— В начале прошлого года мы начали работать с одним предприятием из Курска. Тут, конечно, стоит сказать, что с нами над темой работают и коллеги из НИТУ МИСИС. И вот поступил заказ от этого предприятия – они уже делали накопители энергии на основе углеродной ткани и поставили нам задачу ее улучшить. Осенью прошлого года мы делали для них образцы и отправили на испытание. У нас приняли разработку.
Пока это делается без патента – потому что мы только в начале пути. И сейчас мы проводим множество исследований именно для более чёткого понимания, как работает технология. В частности, мы свои разработки прогоняем через большое количество циклов «заряда-разряда» и смотрим, как меняются параметры в динамике.
— Чем наши исследования отличаются от аналогов?
— Именно российское исследование отличается тем, что мы делаем электродные материалы для суперконденсаторов на основе углеродного волокна и электропроводящих полимеров. А в мире делают на основе углеродных нанотрубок, графена, оксидов титана и марганца.
Уникальность нашего материала в том, что мы можем умножить плюсы и устранить минусы исходных материалов (мы уже увеличили емкость материала, его сопротивление не повышается и ресурсно он довольно стабилен). То есть наши материалы медленнее «деградируют».
— Можно ли, на ваш взгляд, масштабировать разработку?
— Да, масштабировать можно - плюс нашего материала в том, что он делается довольно быстро и относительно просто по сравнению с другими методами.
— А насколько это дорого для внедрения?
— Обычно большая проблема подобных исследований в том, что они не практикоориентированы и сложны в коммерциализации.
В нашем случае все наоборот – и поскольку все компоненты производятся в России и Беларуси и доступны, то масштабировать вполне реально.
— Каков следующий этап вашей разработки?
— Мы почти закончили написание большой статьи, которую хотим направить в высокорейтинговый журнал. Продолжаем нарабатывать данные для написания патента.
