В МАИ разрабатывают инновационный материал для накопителей энергии электротранспорта

Фото: Пресс-служба МАИ / Личный архив

В Московском авиационном институте разрабатывают инновационный материал для высокоёмких накопителей энергии — суперконденсаторов, применяемых в электротранспорте. Это позволит существенно повысить их энергоёмкость. Помимо этого разработка даст отечественному рынку импортонезависимый продукт, способный заменить зарубежные аналоги и превзойти их, и как следствие – уменьшить стоимость конечных изделий.

Суперконденсаторы представляют собой накопители энергии, характеризующиеся высокой скоростью заряда и разряда. Они широко используются в электротранспорте – электробусах, трамваях, поездах, автомобилях – для накопления энергии, выделяемой при особом виде торможения – рекуперативном. Когда водитель нажимает на педаль тормоза, система управления переводит электродвигатель из режима потребления энергии (тяга) в режим её выработки (генератор). Хотя двигатель больше не создаёт тягу, колёса продолжают двигаться по инерции и вращать вал двигателя — то есть ротор продолжает крутиться внутри статора. Благодаря этому вырабатывается переменный ток, который поступает в систему управления питанием. Там с помощью инвертора он преобразуется в постоянный ток и перенаправляется в суперконденсатор. В нём энергия накапливается и в дальнейшем может быть использована для разгона или питания бортового оборудования. Помимо этого, суперконденсаторы служат инструментом для стабилизации различных энергосистем. Они способны компенсировать кратковременные перепады напряжения и обеспечивать бесперебойное электроснабжение.

Проект реализуется в рамках гранта «Студенческий стартап» от Фонда содействия инновациям. В состав команды разработчиков входят как опытные специалисты университета, так и студенты института № 12 «Аэрокосмические наукоёмкие технологии и производства» МАИ. Научное руководство проектом осуществляет заведующий кафедрой 1204 «Радиоэлектроника, телекоммуникации и нанотехнологии» МАИ, профессор Владимир Слепцов.

– В основе нашего решения лежит специальная методика обработки токопроводящего углеродного волокна – бусофита. Материал обладает сверхпористой структурой, за счёт чего его площадь его поверхности в 2,5 раза больше, чем у аналогов. Это позволяет эффективно использовать доступное пространство для накопления энергии, – рассказал автор проекта, студент МАИ Макар Войтухов.

С помощью новой электроимпульсной установки в поры материала внедряют наночастицы из серебра, цинка, магния, алюминия размером всего 15-45 нанометров. Учёные точно контролируют распределение частиц – те равномерно заполняют поры и поверхность волокна, ложась тонкой и ровной плёнкой. Благодаря этому суперконденсатор быстрее заряжается, дольше держит заряд, и имеет более продолжительный срок службы.

– Технология, которую сегодня применяют в России и за рубежом, уже достигла предела: удельная энергоёмкость созданных суперконденсаторов составляет 5–10 Вт·ч/кг. Наша методика позволила увеличить этот показатель до 20 Вт·ч/кг, – рассказал Макар Войтухов.

Проект находится на стадии лабораторных испытаний. В ближайших планах – оптимизация процесса модификации углеродного волокна с использованием наночастиц. Затем – проектирование и сборка установки для отработки технологии в условиях, приближенных к реальному производству, изготовка и сертификация первой партии опытных образцов. Долгосрочная цель — коммерциализация разработки.