Ученые Кольского научного центра РАН работают над созданием новых источников тока — от синтеза материалов до сборки опытных образцов батарей. Исследование направлено на разработку энергетических устройств, способных стабильно функционировать в сложных климатических условиях, характерных для Крайнего Севера. Следующим этапом станет создание полноценных прототипов и передача технологии промышленным предприятиям.
От порошка к батарее
Работы ведутся на базе институтов центра, где исследователи уже много лет создают новые материалы для электрохимических источников энергии. Сейчас задача состоит в том, чтобы не только получить перспективные соединения, но и доказать их работоспособность в реальных устройствах. После лабораторных испытаний планируется изготовление прототипов и оценка их эффективности.
После синтеза электродного порошка начинается ручная сборки элементов. Лаборатория снабжена вакуумным миксером, который готовит электродную пасту. Она раскатывается на специальных валках и подается под пресс, откуда выходят готовые круглые ячейки coin-cell (дословно «клетки-монетки»). Выглядят они как обычные батарейки, но внутри — особые материалы. Собирать «монетки» нужно в герметичном боксе с атмосферой инертного газа. В противном случае органический электролит деградирует от кислорода и влаги.
Пока на Кольском полуострове нет перчаточного бокса с необходимыми параметрами, кольские ученые вынуждены сотрудничать с коллегами из Дальневосточного федерального университета и Сахалинского государственного университета, где необходимое оборудование есть. Синтезированный материал и нужные детали они везут на Дальний Восток, собирают там ячейки и возвращают их через всю страну для тестирования. Первоочередная задача ученых — приобретение сборочного бокса, они надеются решить ее в 2026 году.
Современное тестовое оборудование включает потенциостаты-гальваностаты для циклирования и импеданс-анализаторы, демонстрирующие, как ведет себя батарея в циклах набора и отдачи заряда. В конце 2025 года Института проблем промышленной экологии Севера КНЦ РАН получил высокотемпературную печь, которая работает в вакууме и в атмосфере инертных газов при температурах до 1700 °C.
Такие разработки особенно востребованы для энергетики северных территорий. В условиях низких температур традиционные аккумуляторы быстрее теряют емкость, поэтому требуются специальные химические составы и конструктивные решения. Исследования в области надежного электроснабжения для Арктики входят в ключевые направления работы научных подразделений Кольского центра.
Для промышленности и автономной энергетики
Конечной целью проекта является передача готовых технологий промышленности. Новые источники тока могут применяться в автономных энергетических системах, геологоразведке, транспортной технике и оборудовании для удаленных автономных и полуавтономных объектов (метеостанции, контрольная аппаратура на трубопроводах, ретрансляторы и т.д.). Разработка прототипов должна подтвердить жизнеспособность подхода и ускорить внедрение в производство.
Над электродными материалами работает целая группа из разных институтов, объединенных проектом «Центр рационального использования редкометалльного сырья». Координатором выступил Институт физической химии и электрохимии имени Фрумкина РАН, а партнерами — Институт общей и неорганической химии имени Курнакова РАН и Кольский научный центр РАН.
Мы занимаемся синтезом материалов для литий-ионных, натрий-ионных и перспективных цинк-ионных аккумуляторов. Один из самых перспективных типов материалов — NMC (никель-марганец-кобальт). Меняя содержание металлов, мы управляем свойствами аккумулятора, делая его более емким, долговечным или безопасным.Вадим Ефремов
Недавно мы рассказывали и о разработках твердотельных аккумуляторов, проводимых сахалинскими учеными.