В 2011 году в Новосибирске заработал завод «Лиотех» по сборке крупногабаритных литий-ионных аккумуляторов (ЛИА) для электротранспорта. На сегодняшний день это единственное подобное предприятие в России, но производство пока идет по китайской технологии и из китайских материалов. В будущем планируется заменить импорт российским аналогом. Для этого корпорация «Роснано», совладелец «Лиотеха», заключила договор с Институтом твёрдого тела и механохимии СО РАН, который занимается совершенствованием аккумуляторов.
Чтобы узнать о том, как наши учёные догоняют мир, и посмотреть, как продвигается разработка, я отправилась в лабораторию, где создают катодные материалы для литиевых батарей «Лиотех». Нужный корпус я нашла не сразу, мне помогла дружелюбная сотрудница Института твёрдого тела и механохимии СО РАН: «Вот лабораторный корпус! Что же вы плутаете?» Учёные – отзывчивые люди, сразу нашёлся парень, который проводил меня прямо до нужной лаборатории.
Встретила меня старший научный сотрудник кандидат химических наук Нина Васильевна Косова, руководитель группы «Материалов для ЛИА». Перед тем, как показать этапы эксперимента, она рассказала о сути их работы.
Рис. 1. На заводе «Лиотех» производят аккумуляторы с уникальными свойствами (они работают от –40 до +50С) Их используют для троллейбусов, электробусов и другого электротранспорта. Сейчас в Новосибирске по постоянному маршруту ездит электробус № 5а от станции метро «Заельцовская» до «ТЭЦ-5». Он может проехать 60 км на автономном ходу без подзарядки.
Исследовательская группа под руководством Косовой ищет способ создавать материалы с высокой электронной и ионной проводимостью. В 2000 году американский физик Джон Гудэнаф предложил использовать в аккумуляторах железофосфат лития. Он берется в наноразмерном состоянии, а на поверхность его частиц наносят слой углеродного высокопроводящего покрытия. При этом свойства вещества меняются, и оно становятся пригодными для применения в аккумуляторах.
В лаборатории ИХТТМ СО РАН работают с натрийжелезофторфосфатом лития. Материалы различаются между собой, прежде всего, структурой. Аккумулятор с таким катодом намного дольше работает, много времени «держится» без подзарядки.
Рис. 2. – Вот наша «планетарная мельница». Сейчас Оля покажет, как она работает, – объясняет Нина Васильевна Косова. – Для того чтобы получить нужное вещество, сначала необходимо измельчить реакционную смесь в мельнице до наноразмера. Именно для этого и требуется такой агрегат, похожий на большой сундук (это для шумоизоляции).
Рис.3.
Аспирантка Ольга Подгорнова засыпает смесь, которую будут измельчать в барабан, наполненный шарами, и закручивает его большим гаечным ключом. Затем помещает всё в «планетарную мельницу». Работает та весьма интересно. Её барабаны вращаются вокруг собственной и вокруг общей оси, как планеты в Солнечной системе; происходит два воздействия на вещество – сдвиг и удар. Это позволяет получить частицы гораздо меньшего размера, чем, если их измельчать в обычных шаровых мельницах. К слову, «планетарные мельницы» тоже разработаны в Институте химии твёрдого тела и механохимии СО РАН.
Потом смесь помещают в печь и спекают. Затем Влад Подугольников, студент 5 курса факультета естественных наук НГУ, собирает электрохимические ячейки – прототипы аккумуляторов – в аргоновом боксе. Это специальное приспособление для работы без кислорода и влаги. Для того чтобы собрать ячейку, Влад просовывает руки внутрь с помощью специальных, встроенных в бокс, плотных перчаток, являющихся частью бокса. Студент помещает катодный материал на дно ячейки, закрывает специальными сепараторами, чтобы разделить катод и анод, заливает электролит, а сверху помещает литиевую фольгу – анод. После нескольких умелых пассов руками ячейка готова. Можно вытаскивать.
Теперь настало время математических расчётов. Сейчас в лаборатории всё автоматизировано. Вычисления – работа компьютера. Электрохимические ячейки помещают в установку, которая показывает, как в них идет процесс циркулирования. Она рассчитана на работу сразу с 16-ю ячейками.
Эти эксперименты нужны, чтобы получить материал, который можно было бы в будущем применить в производстве. Усилия направлены на создание экологически чистого и дешёвого метода производства. Использование трёхвалентного железа, более доступного, по сравнению с двухвалентным, уменьшило стоимость процесса. Для России такие разработки необходимы, потому что к 2014 году на заводе «Лиотех» планируется полностью заместить импортные технологии и материалы отечественными.
В 2012 году выйти на запланированную мощность у завода не получилось. В начале апреля стало известно, что Роснано выкупила всю долю своего китайского партнёра и стала единственным владельцем завода «Лиотех». Поэтому теперь ожидаются инвестиции в размере 423 млн. рублей на обновление стратегии, изменения ассортимента продукции завода. И внедрения разработок ученых. Автор: Евгения Треухова, студентка ФЖ НГУ.
Источник: cleandex.ru
