Химики ДВО РАН создают «сердце» аккумуляторов будущего

Лауреаты премии ДВО РАН имени выдающихся учёных Дальнего Востока России

Лауреаты премии имени Ю.В. Гагаринского рассказали о прорывных исследованиях в области натрий-ионных технологий.

В мире, где эффективное накопление энергии становится ключом к технологическому суверенитету, работы дальневосточных учёных в этой области имеют особую ценность. Премия ДВО РАН имени члена-корреспондента АН СССР Юрия Владимировича Гагаринского – одна из самых почётных наград для исследователей региона. В 2025 году её удостоилась команда Института химии ДВО РАН в составе кандидата химических наук Дениса Павловича Опры, доктора технических наук Вениамина Викторовича Железнова и кандидата химических наук Анатолия Борисовича Подгорбунского. Их победа связана с циклом фундаментальных работ по теме «Физико-химические основы получения анодных материалов на базе титаната натрия с улучшенными функциональными характеристиками для металл-ионных аккумуляторов следующего поколения», эти исследования закладывают основу для создания безопасных и доступных аккумуляторов нового поколения. Мы встретились с лауреатами, чтобы узнать, как рождалась их идея, в чём её уникальность, и какие перспективы она открывает для Дальнего Востока и страны.

Ю.Н. КУЛЬЧИН, Д.П. ОПРА, В.В. ЖЕЛЕЗНОВ и А.Б. ПОДГОРБУНСКИЙ на вручении дипломов лауреатов премии ДВО РАН. Декабрь 2025 года. Фото Александра КУЛИКОВА

Знакомство с командой

– Уважаемые лауреаты, как сложился ваш научный коллектив специалистов разных профилей – электрохимика, материаловеда и химика-технолога?

– Д.П. Опра: С Анатолием Борисовичем мы знакомы со студенческой скамьи, вместе окончили физический факультет Дальневосточного государственного университета, пришли в лабораторию нестационарных поверхностных процессов Института химии ДВО РАН, которую возглавлял Сергей Васильевич Гнеденков, ныне – академик РАН. С Вениамином Викторовичем я познакомился в ИХ ДВО РАН, работать совместно над созданием материалов для аккумуляторов мы стали с 2014 года.

– А.Б. Подгорбунский: С Денисом Павловичем мы учились в университете на кафедре теоретической и ядерной физики – вместе выполняли преддипломную практику в Институте химии. В лаборатории я сконцентрировался на изучении ионной проводимости кристаллических и аморфных соединений, а Денис Павлович занялся разработкой первичных и вторичных источников тока. С Вениамином Викторовичем мы плодотворно сотрудничаем с 2015 года.

Денис Павлович ОПРА

Суть и уникальность проекта

– В чём преимущества титаната натрия перед традиционными анодными материалами, какую главную научную проблему вы решали в этом цикле работ?

– Д.П. Опра: Натрий-ионные аккумуляторы (НИА) – это новая технология накопления энергии, которая в ряде областей приходит сегодня на смену литий-ионной и свинцово-кислотной. В отношении первой из них НИА имеют преимущества в стоимости, в отношении второй – в надёжности и экологичности. Сегодня в современных образцах НИА применяют неграфитизируемый углерод. Это относительно дешёвый материал, который к тому же можно получать из различных источников, в том числе биомассы. Но свойства самого этого материала создают ограничения для безопасной эксплуатации. Поэтому сегодня ведётся поиск альтернативных веществ, которые избавлены от этих проблем. Титанат натрия относится к таким материалам. Но чтобы применять этот материал на практике, необходимо увеличить его электропроводность и энергозапас. С решением этих задач и связана наша работа.

– А.Б. Подгорбунский: Для меня, как специалиста в области ионопроводящих материалов, титанат натрия вызывает интерес с точки зрения его слоистой структуры и способности к ионному обмену. В известной степени это уникальный материал, он может использоваться в составе фотокатализаторов, сенсоров, а благодаря туннельной структуре и химической стабильности – и в качестве электродных материалов химических источников тока (ХИТ).

Анатолий Борисович ПОДГОРБУНСКИЙ

Научные вызовы

– Вам встречались трудности в процессе выполнения цикла работ?

– Д.П. Опра: Научное исследование всегда сопряжено с трудностями. Не все наши прогнозы и гипотезы подтвердились. Для выполнения некоторых исследований у нас не было нужного оборудования. Но поэтапный и систематический подход к реализации исследовательских задач, кооперация с коллегами из других регионов (в частности, Сколтеха) обеспечили достижение поставленных целей.

От гипотезы к результату: ход работы

– Как развивалась ваша исследовательская идея? Есть ли уже работающие прототипы аккумуляторов?

– Д.П. Опра: К идее мы пришли не случайно. К этому времени мы закончили цикл работ, связанный с модификацией диоксида титана для получения передовых материалов для литий-ионных аккумуляторов (ЛИА). Мы предположили, что опробованные подходы при определённой доработке можно использовать и для улучшения свойств титаната натрия для получения уникальных материалов для НИА. Этим мы и занялись. В последние годы изготовление прототипов аккумуляторов из разрабатываемых материалов становится нормой. Так и у нас в лаборатории имеются образцы – прототипы аккумуляторных ячеек формфактора CR2032, изготовленные из наших материалов.

Вениамин Викторович ЖЕЛЕЗНОВ

Практическая значимость и перспективы внедрения

– Где в реальной жизни могут быть востребованы плоды ваших исследований?

– Д.П. Опра: НИА крупнее и тяжелее ЛИА и могут применяться в областях, где нет жёстких требований к габаритам и весу, но есть запрос на меньшую стоимость. Например, в автотранспорте или для обеспечения автономной работы периферийных объектов, для резервного энергообеспечения, запасания энергии от различных возобновляемых источников и в распределительных электрических сетях.

Связь с традициями и взгляд в будущее

– Чувствуете ли вы преемственность между вашими прикладными исследованиями и фундаментальными направлениями, заложенными Ю.В. Гагаринским?

– Д.П. Опра: Приятно получить признание наших достижений, мы понимаем, какая ответственность за этим стоит, и продолжаем работать по направлению, заложенному первым директором нашего института Ю.В. Гагаринским, не утратившем актуальности. В частности, недавно мы провели интересные исследования и показали, что водорослевые ресурсы моря Дальнего Востока могут быть использованы для получения материалов для аккумуляторов, то есть продукции с высокой добавленной стоимостью. Эту работу мы ведём при поддержке Российского научного фонда (проект № 25-23-00232).

– А.Б. Подгорбунский: Признание значимости полученных нами результатов даёт стимул продолжать исследования. Учитывая их мультидисциплинарный характер, развитие направления должно включать и поиск новых материалов, и инженерные решения, не забывая про теоретическое обоснование проводимых изысканий. Наша идея создания полностью биоразлагаемых химических источников тока недавно получила поддержку от Российского научного фонда (проект № 25-23-01186), мы будем добиваться её реализации.

Благодарности

– Выполнение цикла работ потребовало усилий многих коллег. Кого из них вы хотели бы поблагодарить?

– Д.П. Опра: Конечно, победа в конкурсе стала результатом труда многих учёных, участвовавших в проведении исследований, интерпретации и анализе полученных данных. Прежде всего хотелось бы поблагодарить академика РАН С.В. Гнеденкова и члена-корреспондента РАН С.Л. Синебрюхова. Их чуткое руководство и мудрое наставничество заложили фундамент нашей с Анатолием Борисовичем научной карьеры и позволили нам сформироваться как учёным. Я искренне благодарен академику РАН В.И. Сергиенко, в период его пребывания на посту директора института всячески содействовавшему созданию лаборатории, которой я руковожу. Он продолжает поддерживать нас и сейчас. Хочу поблагодарить и наших соавторов, без труда которых исследование не имело бы целостности, а результат не был бы достигнут.

– А.Б. Подгорбунский: Цикл работ у нас, как мне кажется, вышел достаточно цельный. Большая заслуга в этом Дениса Павловича – у него подходящий склад ума и наработан обширный опыт в области металл-ионных аккумуляторов. Незаменимы опыт, работоспособность и знания Вениамина Викторовича как химика. Очень ценен вклад в исследования наших соавторов по циклу работ, трудиться с ними было комфортно, обсуждения результатов помогли реализовать задуманное. Наши старшие коллеги – Сергей Васильевич и Сергей Леонидович оказали большое влияние на научную работу в Институте химии, за что им большое спасибо. Хотелось бы также отметить энтузиазм и усердие молодых коллег, принимавших участие в синтезе и исследованиях. Отдельное признание хочу выразить своей жене Елене за терпение и поддержку.

В.В. ЖЕЛЕЗНОВ, Д.П. ОПРА и А.Б. ПОДГОРБУНСКИЙ

Современная наука – это всегда синергия: фундаментальных идей и смелых прикладных задач, дружбы, начавшейся на студенческой скамье, и междисциплинарной кооперации. Работа команды Института химии ДВО РАН – это не только глубокое теоретическое исследование, но и уже осязаемый результат в виде прототипов ячеек, а также далеко идущие планы по созданию биоразлагаемых источников тока. Успех исследователей, поддержанный престижной премией и грантами РНФ, доказывает, что дальневосточная наука не только сохраняет свои легендарные школы, но и активно формирует технологический образ будущего, где одну из ключевых ролей будут играть безопасные и эффективные системы хранения энергии.

Фото предоставили Денис ОПРА и Анатолий ПОДГОРБУНСКИЙ