В России начато производство суперконденсаторов на основе электролитов НИТУ «МИСиС»

У традиционных аккумуляторов (свинцово-кислотных, литий-ионных и т. д.), несмотря на все их достоинства, есть один серьезный недостаток. Они способны аккумулировать большое количество энергии, но этот процесс требует долгого времени; соответственно, и разрядиться мгновенно они не способны. Кто-то удачно сравнил аккумуляторы с бутылкой с узким горлышком: воды войдет много, но чтобы залить или вылить – придется подождать. Меж тем в современном мире все чаще требуются аккумуляторы, умеющие мгновенно заряжаться и разряжаться. Они получили название суперконденсаторов, и если традиционные аккумуляторы сравнивают с бутылками, то суперконденсаторы – это стаканы. При сравнительно меньшей емкости они способны практически мгновенно аккумулировать большое количество энергии и столь же стремительно отдавать накопленный заряд. Это их свойство активно используется, например, в гибридных автомобилях, ведь, к примеру, при торможении бессмысленно теряется потраченная на разгон энергию – она просто уходит в атмосферу в виде тепла через нагрев колодок и дисков. Сохранить ее и помогают суперконденсаторы, благо, и ресурс у этих двух типов устройств отличается принципиально: больше миллиона циклов у суперконденсаторов и несколько тысяч у аккумуляторных батарей.

До недавнего времени собственного производства современных суперконденсаторов в России не было, однако в начале лета 2017 г. ситуация изменилась: компания «ТЭЭМП» запустила в г. Химки Московской области производство высокоэффективных суперконденсаторов и модулей на их основе.

«Создание систем накопления энергии — один из мировых трендов, который уже в ближайшее время будет определять следующий технологический уклад. Именно поэтому Группа компаний «Ренова» инвестирует в это направление уже сейчас. Суперконденсаторы «ТЭЭМП» и технологии их производства – разработка российских ученых. Интеллектуальная собственность компании защищена российскими и международными патентами. Производственная линия предприятия уникальна – её оборудование изготовлено по нашим техническим условиям, а зачастую, и по собственным чертежам компании», – подчеркнул директор по развитию высокотехнологичных активов Группы компаний «Ренова», председатель совета директоров АО «РОТЕК» Михаил Лифшиц.

Продукция «ТЭЭМП» уникальна по многим параметрам. Суперконденсаторные модули компании успешно работают при температурах до -60°С. Они отличаются низким внутренним сопротивлением, а значит, способны обеспечить большие импульсные токи. Собственная конструкция ячеек и модулей позволяет снизить массу и размер суперконденсаторной сборки на 30% по сравнению с аналогичными устройствами.

Ключевым партнером компании «ТЭЭМП» в проекте по производству российских суперконденсаторов является Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»». В частности, на кафедре физической химии университета, которую возглавляет доктор химических наук, профессор Михаил Астахов, разработана оригинальная технология получения электродных материалов из органических волокон. 

Основным элементом российского суперконденсатора стал полученный научным коллективом университета наноуглеродный материал с уникальной развитой структурой поверхности, обладающей максимальной площадью на единицу объема. На научном сленге такая структура называется «вискерсы» или «бакенбарды».

Этот углеродный материал из органического волокна имеет уникальные свойства – высокую проводимость тока, повышенную удельную энергоемкость – до 8 Фарад/кв. см – и низкую себестоимость производства, что весьма важно в промышленных инновациях. По совокупным качествам новый материал успешно конкурирует с графеном и нанотрубками, и в разы превосходит их по дешевизне: грамм графена стоит около 1000$, килограмм углеродных «вискерсов» – 20$. В отличие от двухмерного графена, «бакендарды» являются трехмерными наноструктурами с заданным распределением пор (3D), что обеспечивает уникальную «ёмкость» и «компактность» материала.

Новый материал обеспечивает более эффективное хранение и накопление электроэнергии торможения в электрических или гибридных автомобилей с последующим её использованием при разгоне. Этот материал может использоваться в стационарной энергетике, импульсной технике, и даже в медицине – для электрокардиостимуляторов, томографов и рентгеновских аппаратов.

Подобный материал, но с существенно более низкими характеристиками по удельной ёмкости был испытан на нескольких вариантах Ё-мобиля, а в августе 2015 г. в накопителях энергии для городских гибридных автобусов общим напряжением около 900 В. Эффективность работы рекуператоров подтверждена реальными ходовыми испытаниями. 

Исследования материалов для химических источников тока начались на кафедре физической химии НИТУ «МИСиС» еще в 2011 году, когда разработчики Ё-мобиля обратились к ученым с предложением по разработке суперконденсаторов для системы рекуперации энергии гибридных автомобилей. Одной из проблем, с которой столкнулись при разработке отечественного гибридного автомобиля, оказалась высокая стоимость суперконденсаторов зарубежного производства, а также сложность и высокая трудоёмкость сборки узлов. Позже работа в этом направлении была продолжена в сотрудничестве с ООО «ТЭЭМП».

Система стартерного пуска на основе суперконденсаторов ТЭЭМП
Руководитель проекта со стороны ТЭЭМП Владимир Туманов отметил: «Нашей командой была предложена принципиально новая идеология конструкции и технология сборки модулей суперконденсаторов, благодаря которым трудоёмкость изготовления накопителей была снижена почти на порядок. На кафедре физической химии НИТУ «МИСиС», которую возглавляет Михаил Астахов, одновременно была предложена не менее оригинальная технология получения электродных материалов из органических волокон. В совокупности эти две идеи позволяют в перспективе снизить себестоимость изготовления накопителя энергии почти в 3 раза».

Предлагаемые накопители могут применяться в различных отраслях техники: экологически чистом личном и городском транспорте, метро, грузоподъёмной строительной технике, лифтах, системах бесперебойного питания и регулирования качества энергии, а также в импульсной и медицинской технике. Разработанное устройство пусковой системы способно работать в автономном режиме, не требует наличия электросети и в заряженном состоянии способно 10 раз подряд завести, к примеру, тяжелый самосвал при температурах от -40 °C до -60° C. Пусковая система может использоваться для запуска самолетов малой авиации, которые требуют большой мощности в короткий промежуток времени, что быстро выводит обычные аккумуляторы из строя.