В Кольском научном центре РАН создают прототипы новых источников тока
В 2025 году начал работу Научный центр мирового уровня «Центр рационального использования редкометалльного сырья». Координатором выступил Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН, а партнёрами — Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН и Кольский научный центр РАН.
По словам заместителя генерального директора КНЦ РАН по научной работе, директора Института химии и технологии редких элементов и минерального сырья академика РАН Ивана Тананаева, для Научного центра мирового уровня КНЦ РАН выполняет несколько задач. Одна из них — создание новых материалов для источников тока. Этим в Институте химии занимаются уже многие годы. Ранее основными результатами работы становились соли или комплексные соединения, обладающие проводящими свойствами. Эти материалы патентовали, результаты исследований публиковали в журналах, характеризовали с точки зрения электрохимических свойств, но основным продуктом оставалось лишь вещество — «внутреннее содержание» батарейки. Теперь задача исследователей — создать прототип, доказать его работоспособность и передать технологию промышленности.
Как отметил заместитель директора Института проблем промышленной экологии Севера КНЦ РАН по научной работе Вадим Ефремов, над электродными материалами работает целая группа из разных институтов, которая занимается синтезом материалов для литий-ионных, натрий-ионных и перспективных цинк-ионных аккумуляторов. Один из самых распространённых типов материалов — NMC (никель-марганец-кобальт). Меняя содержание металлов, исследователи управляют свойствами аккумулятора: делают его более ёмким, долговечным или безопасным.
«Комбинируя составы, мы получаем материалы с большей ёмкостью, продолжительностью жизни, либо с повышенной токоотдачей», — пояснил Вадим Ефремов. Для синтеза применяют разные методы. Классический твёрдофазный способ предполагает смешение оксидных порошков и высокотемпературный отжиг. Другой подход — осаждение из растворов с твёрдофазным окончанием. Он позволяет получить более однородные и мелкие частицы при меньшей температуре синтеза на завершающем этапе. Также в институте осваивают установку синтеза в условиях сверхкритического флюида. Под большим давлением при высокой температуре вода приобретает особые свойства, позволяя создавать наноразмерные частицы с контролируемым составом.
После получения электродного порошка начинается этап сборки — это ручная работа. В лаборатории есть вакуумный миксер для приготовления электродной пасты, валки для раскатки электродных материалов, пресс для опрессовки готовых ячеек coin-cell. Ключевой этап — сборка ячейки типа «монетка». Выглядит она обычно, но внутри — особенные материалы. Собирать их нужно в перчаточном боксе — герметичном шкафу с инертной контролируемой атмосферой. Органический электролит разрушается от влаги и кислорода, поэтому контроль среды критически важен.
«Пока у нас в Апатитах нет бокса с нужными параметрами, мы сотрудничаем с Дальневосточным федеральным университетом и Сахалинским государственным университетом, — рассказал Вадим Ефремов. — Синтезируем материал здесь, изготавливаем нужные детали, везём туда, собираем ячейки и возвращаем для тестов».
Для испытаний закуплено современное оборудование: потенциостаты-гальваностаты для циклирования и импеданс-анализаторы, показывающие, как ведёт себя аккумулятор, раз за разом набирая и отдавая заряд. На графиках видно, как это происходит. В конце 2025 года в институт поступила высокотемпературная печь, способная работать в вакууме и инертной атмосфере при температурах до 1700 °C, что расширяет возможности синтеза. Скоро её подключат, и возможностей для создания новых аккумуляторов будет ещё больше.
Источник: пресс-служба КНЦ РАН.
