Ученые Satbayev University разработали новые наноматериалы для накопителей энергии и испытали их в прототипе гибридного суперконденсатора. Устройство выдержало более 750 тысяч циклов заряда и разряда, сохранив стабильность работы. Разработка может применяться в системах хранения энергии, электротранспорте и энергетике на основе возобновляемых источников энергии.
Исследования ведутся в лаборатории «Материаловедение и электрохимическая инженерия». В настоящее время работа над проектом продолжается в рамках программно-целевого финансирования. Команда создает углеродные материалы из доступного казахстанского сырья — рисовой шелухи и свекловичного жома. Их удельная поверхность достигает 3000 м²/г. Чем выше этот показатель, тем больше площадь взаимодействия материала с электролитом и тем выше его потенциал для накопления заряда.
Еще одно направление исследований — электрохимически восстановленный оксид графена и композиты на его основе. Первые эксперименты показали, что новые материалы обладают более высокой удельной емкостью по сравнению с традиционным активированным углем.
Полученные материалы ученые испытывают в прототипах накопителей энергии. В частности, команда протестировала гибридный суперконденсатор формата pouch-cell. Его положительный электрод накапливает энергию за счет окислительно-восстановительной реакции йодид/йод, а отрицательный — за счет формирования двойного электрического слоя. Прототип показал удельную энергию 51 Вт·ч/кг при мощности 1 кВт/кг и выдержал более 750 тысяч циклов заряда и разряда.
— Полученные результаты открывают возможности для дальнейшего повышения эффективности накопителей энергии. Сейчас для нас важно перейти к более масштабным испытаниям и оценить работу материалов в условиях, приближенных к практическому применению, — отметила руководитель проекта, PhD Жазира Супиева.
Для синтеза и обработки материалов лаборатория использует систему сверхбыстрого джоулевого нагрева. Она позволяет за миллисекунды достигать температуры от 500 до 3600°C. С ее помощью исследователи получают графен и сплавы, проводят быстрый пиролиз и модифицируют структуру материалов в контролируемой атмосфере.
Характеристики будущих электродов проверяются на нескольких этапах. Swagelok-ячейки и потенциостат BioLogic используются для первичной оценки электрохимических свойств, а сорбтометр Anton Paar — для измерения площади поверхности. Следующим этапом станут испытания в coin- и pouch-ячейках на батарейном тестере Neware, где ученые оценят емкость, мощность и стабильность материалов при длительной работе.
Исследователи также проверили разработанные композиты в качестве функциональных покрытий для нержавеющей стали. Испытания показали их устойчивость к коррозии, что расширяет возможную область применения технологии.
В проекте участвуют магистранты и докторанты Satbayev University. Исследования ведутся совместно с зарубежными партнерами из Австрии и Польши. Следующий этап проекта — масштабирование испытаний и подготовка разработок к практическому применению. Ученые рассматривают возможность использования новых наноматериалов в суперконденсаторах, аккумуляторных системах, электротранспорте, накопителях энергии для солнечных и ветровых электростанций, а также в защитных покрытиях для нержавеющей стали.
Ранее сообщалось, что Казахстан расширит участие ученых в программах Европейской организации по ядерным исследованиям.