Разработка казахстанского учёного пользуется высоким спросом за рубежом

Казахстанский учёный Жумабай Бакенов разработал альтернативу литий-ионным батареям, стоимость которых на 30% дешевле обычных аккумуляторов.

Занимаясь последние 17 лет исследованием литий-серных аккумуляторов в Токийском технологическом университете,  Университете Ватерлоо в Канаде и Назарбаев Университете, разработчик смог создать аккумулятор и получить заказы от казахстанских и китайских компаний на изготовление небольших партий.

В 2013 Бакенов, профессор химической инженерии в Назарбаев Университете, президент и основатель Института батарей, доктор технических наук (Япония), PhD в области химических наук (Казахская национальная академия наук), выиграл грант по Программе коммерциализации Всемирного банка и правительства РК ($1,5 млн) на исследование и выпуск пилотной версии литий-серных аккумуляторов. После чего открыл небольшую лабораторию – «Институт аккумуляторов», занимающуюся исследованиями аккумуляторов нового типа.

«Мы заменили токсичные тяжелые металлы (кобальт, марганец, свинец), которые обычно используются во всех аккумуляторах, на более безопасный с точки зрения экологии материал – серу. В батареях имеется два электрода – анод и катод, с находящейся между ними прослойкой – сепаратором. Как и в обычных литий-ионных батареях, в качестве анода мы применяем графит, но смогли разработать такой метод, при котором в него безопасным способом добавляется литий, а в качестве катода используется сера. Это позволяет нашим батареям сохранять все имеющиеся свойства, быть экологически безвредными, увеличить емкость в 5 раз и быть более привлекательными по цене», – объяснил он.

Если тонна кобальта продается за несколько десятков тысяч долларов, то сера продается за несколько сотен. По словам разработчика, стоимость батареи составляет порядка 30-35% от цены гаджета, что сказывается на стоимости конечного продукта. По словам Бакенова, основными минусами обычных литиевых аккумуляторных батарей являются сложность утилизации и дороговизна. Также они не всегда безопасны (вспомним взрывающиеся смартфоны Samsung). Также каждый знает, что спустя год телефоны, заряда в которых хватало на сутки, начинают разряжаться через пару часов. В литий-серных батареях все немного проще: они экологичней, безопасней и работают в пять раз дольше, по словам учёного.

Кроме разработки аккумуляторов для портативных устройств Институт аккумуляторов занимается и разработкой батарей для больших систем, таких как ветряные и солнечные электростанции и автомобили.

“Источники возобновляемой энергетики непостоянны в своей работе, поэтому необходимы качественные, надежные и мощные аккумуляторы по привлекательной цене. Сейчас в основном используются свинцово-серные аккумуляторы, подобные тем, что можно увидеть в стартерах автомобилей, с небольшой емкостью и вредные для окружающей среды. Мы разработали подобную по свойствам батарею, в которой вместо серной кислоты применяется водный раствор солей, что делает наш аккумулятор без­опасным”, – говорит Бакенов.

Сейчас разработкой литий-серных батарей группа профессора Бакенова занимается сразу в нескольких лабораториях: одна относится к Институту аккумуляторов и базируется в «Нацио­нальной лаборатории Астана» (Назарбаев Университет), другая находится в городе Хейан в Китае – её ученый открыл совместно со своими бывшими студентами PhD, ныне китайскими профессорами и партнерами.

Бакенов вспомнил, что на грант по Программе коммерциализации, Институт аккумуляторных батарей приобрёл оборудования для проведения исследований. Но денег не хватило на запуск пилотного производства.

“Мы провели необходимые испытания и получили несколько небольших частных заказов от компаний, занимающихся выпуском сигнализаций для автомобилей и системами безопасности (в тестовом режиме установили аккумуляторы на 30 устройств). Также сотрудничали с военными и тестировали аккумуляторы на дронах”

В Китае в 2012 году была запущена тестовая лаборатория. Удалось получить заказы от частных компаний КНР и вызвать интерес у производителей.

“В Китае очень большой рынок аккумуляторных производителей, порядка 3 тыс. предприятий, которые занимаются выпуском батарей разной мощности и поставляют ведущим технологичным компаниям мира, – рассказывает Бакенов. – Кроме того, там процесс запуска любого производства полностью отлажен, в частности имеются все необходимые комплектующие и химические элементы для выпуска аккумуляторов”

Позже клиентская база была расширена. Теперь Бакенов с командой планируют запустить сборку цилиндрических батарей, из которых последовательно, по принципу лего, собираются аккумуляторы, работающие в суровых природных условиях (до -30°С). В зависимости от нужд потребителей можно будет собрать аккумуляторы как для портативных устройств, так и для больших систем. К примеру, для ноутбука понадобится от шести до 10 цилиндрических батарей, для автомобилей – несколько тысяч.

Бакенов объяснил, почему запуск производства аккумуляторов в Китае легче, чем в Казахстане. Для начала, это дешевле – в Казахстане на запуск завода мощностью до 1 млн ячеек в год потребуется порядка $3-5 млн. В Поднебесной стоимость составит $0,5-1 млн. Также в Казахстане отсутствуют нужные комплектующие, поэтому придётся импортировать всё, включая корпусы, пластмассу, металлические сетки, фольгу и прочее.

Между тем Бакенов оценивает свою технологию в $15 млн.