Электромобили, смартфоны, микрочипы – всё это требует всё более эффективного и безопасного хранения энергии. И наука Казахстана делает в этом направлении уверенные шаги. Передовые  разработки ученых Nazarbayev University, NU National Laboratory Astana и Института аккумуляторов вошли в специальный выпуск  журнала RSC Advances (Q1 in Scopus) Королевского химического сообщества Великобритании - одного из старейших и наиболее уважаемых научных издательств мира. Эта публикация приурочена к итогам Международной конференции INESS, прошедшей в прошлом году в Астане.

Кофе как источник энергии

Что если после утренней чашки кофе гуща не уходит в мусор, а превращается в аккумулятор? Ученые NU доказали, что при специальной термообработке кофейные отходы можно превратить в материал, накапливающий энергию. Совместная работа казахстанских ученых под руководством профессора Айшуака Конарова и коллег из Sejong University, Южная Корея, позволила синтезировать новый материал – твёрдый углерод, который был «допирован» фосфором. В результате исследования наши ученые нашли оптимальные условия для получения высокопористой структуры, и свойства материала значительно улучшились, а вместе с ним и накапливаемая энергия в натрий-ионных батареях – более дешевых и экологичных аналогов литиевых.

Химический «мини-реактор»

Исследовательские группы профессоров Салимгерея Адилова и Нуршата Нуражы создали новый вид крошечного химического «реактора» для выращивания специального нановолокна из полианилина. Эти волокна образуют прочную 3D-структуру, способную лучше накапливать и отдавать энергию. Потенциал – создание улучшенных суперконденсаторов для электромобилей и портативной электроники.

Компактные литий-серные батареи

Li-S микробатареи – компактные, стабильные, с высокой плотностью энергии. Ученым под руководством доктора Алии Мукановой из NLA удалось избавиться от традиционного сепаратора – тонкой пленки между анодом и катодом в батарее. Он не пропускает электрический ток, но позволяет ионам проходить, предотвращая короткое замыкание. Упростив конструкцию, ученые достигли теоретической емкости и повысили срок службы батареи с сохранением 60% ёмкости. Это идеальное решение для носимой электроники и микросистем, например, микророботов или медицинских сенсоров.

Улучшаем аккумулятор с помощью магнита: неужели это работает?

Ученые под руководством профессора Жумабая Бакенова нашли простой, но эффективный способ улучшить работу одного из самых популярных катодных материалов – фосфата лития и железа. Этот материал давно применяется в литий-ионных аккумуляторах благодаря низкой цене и экологической безопасности. Однако при высоких токах и долгой работе он сталкивается с проблемами снижения емкости.

Команда учёных предложила нестандартное решение: к катоду были добавлены магнитные наночастицы, после чего полученный материал высушили c применением магнита. Этот подход позволил «настроить» структуру катода и повысить подвижность ионов лития внутри материала. Исследование демонстрирует простой и масштабируемый способ модернизации LFP-катодов, который потенциально может быть интегрирован в массовое производство аккумуляторов.

Суперматериалы и металлическая пена

Ученые разработали новый тип материала для аккумуляторов, нанеся оксид никеля на специальную пену и добавив слой углерода. Такая конструкция позволила сделать литий-ионные батареи более долговечными и эффективными. Она подходит для технологий будущего – от электромобилей до микроэлектроники. Работа выполнена под руководством доктора Арайлым Нурпейсовой из NLA. 

Разработки казахстанских ученых не только улучшают характеристики устройств хранения энергии, но и позволяют снизить зависимость от дорогих и редких металлов. Инновационные решения подтверждают, что Казахстан активно включается в процессы глобального технологического развития. Уже в ближайшее время они будут обсуждены на 13-ой Международной конференции INESS-2025, которая пройдет в Астане с 6 по 8 августа 2025 года. Мероприятие будет посвящено 100-летию выдающегося казахстанского химика Евнея Букетова, внесшего значительный вклад в развитие металлургии в Казахстане.

Источник: Министерство науки и высшего образования Республики Казахстан