Кемеровские ученые совершили технологический прорыв, который может изменить рынок накопителей энергии: специалисты Федерального исследовательского центра угля и углехимии СО РАН разработали метод превращения рядового кузбасского сырья в высокотехнологичный материал для электроники.
Речь идет о создании электродов для суперконденсаторов из слабоспекающегося угля, прошедшего стадию естественного окисления. Эта разработка позволяет получать продукт с колоссальной удельной поверхностью — фактически, из тонны угля можно создать материал, чья внутренняя площадь будет сопоставима с сотнями футбольных полей, что делает его идеальной основой для накопления заряда.
В основе технологии лежит сложный процесс формирования пористой структуры, который ученые научились контролировать с высокой точностью. Принцип работы напоминает обычную губку: чем больше микропор, тем больше ионов (носителей электрического заряда) способен удержать материал. «Мы научились управлять структурой пор, чтобы получить максимальную емкость. Это достигается за счет активации гидроксидом калия, который формирует нужный рельеф поверхности», — пояснил химик Илья Сафронов.
В отличие от привычных аккумуляторов, работающих на химических реакциях и подверженных износу, суперконденсаторы функционируют за счет физических процессов притяжения частиц, что обеспечивает им колоссальный ресурс — сотни тысяч циклов зарядки без потери эффективности.
Новые накопители на основе угля демонстрируют высокую скорость приема и отдачи энергии и сохраняют работоспособность даже при экстремально низких температурах, что особенно актуально для российского климата. Потенциальные сферы применения охватывают городской электротранспорт, где требуются мощные импульсы при разгоне, системы рекуперации торможения, лифтовое хозяйство и даже космическую технику.
Технология решает и важную экономическую задачу, превращая слабоспекающийся уголь, который часто считается побочным продуктом добычи, в ценное сырье для электронной промышленности.
С экологической точки зрения углеродные электроды имеют значительное преимущество перед литий-ионными аналогами: они не содержат токсичных тяжелых металлов и проблемных в утилизации компонентов. Разработка кемеровских ученых открывает путь к созданию собственной компонентной базы в российской электротехнике и снижению импортозависимости по редкоземельным материалам.
В перспективе такие накопители могут стать основой для гибридных энергосистем, где аккумулятор обеспечивает длительную работу, а суперконденсатор берет на себя пиковые нагрузки и отвечает за моментальную зарядку.