Ульяновский стартап патентует новый вид устройств для хранения энергии

ЭкспертБизнес

Твердый против жидкого

Ульяновский стартап патентует новый вид устройств для хранения энергии, принципиально отличающийся от наиболее распространенных в мире литий-ионных аккумуляторов. Разработанные им псевдоконденсаторы должны «разбудить» рынок датчиков для интернета вещей.

Вера Колерова

«Комберри» занимается исследованиями в области многофункциональных тонкопленочных покрытий

Компания «Комберри», резидент Ульяновского наноцентра, разработала принципиально новый тип системы для хранения энергии. «Батарейная тематика более чем за сто лет своей истории буквально забита патентами, — говорит гендиректор “Комберри” Андрей Редькин. — Создать в этой области что-то новое крайне сложно, кроме разве что отдельных материалов или компонентов. А мы патентуем новый класс устройств». Речь идет о псевдоконденсаторе — гибриде традиционной батареи и электрического конденсатора. Удельная плотность энергии (емкость) у этого устройства меньше, чем у батареи (но в разы больше, чем у суперконденсаторов), однако это компенсируется другими уникальными характеристиками.

Интернет вещей — дело тонкое

На разработку псевдоконденсатора ушло несколько лет, рассказывает Андрей Редькин, сейчас «Комберри» в процессе патентования технологии — недавно Всемирная организация интеллектуальной собственности WIPO подтвердила публикацию заявки на международный патент (это обеспечивает временную охрану изобретения и приоритет заявителя в указанных в заявке странах); кроме того, компания подала заявку в Роспатент. Это лишь одна из разработок компании — «Комберри» создана в 2013 году с участием наноцентров Ульяновска, Республики Мордовия и Дубны, а также американской Intermolecular, и ее команда инженеров занимается прикладными научными исследованиями в области многофункциональных тонкопленочных покрытий на различные материалы.

Псевдоконденсатор — устройство тонкопленочное и очень миниатюрное. Его толщина — около полутора микрон без учета подложки, оно в несколько раз тоньше, чем тонкопленочные твердотельные батареи. Это позволяет легко интегрировать его в микроустройства. «Имея площадь порядка шести-семи квадратных сантиметров, он полностью заряжается за 20–30 секунд и разряжается примерно за час на полезную нагрузку», — говорит Редькин. В отличие от батарей псевдоконденсатор умеет разряжаться до нуля и не терять рабочих характеристик. Заряжается он очень быстро по сравнению с той же батареей и имеет много циклов заряда-разряда, а это важно для питания аппаратуры, которая проводит измерения различных характеристик с определенной частотой, вплоть до нескольких раз в секунду.

Вторая важная характеристика псевдоконденсатора — он твердотельный, то есть в его основе лежит стеклянная подложка, на которую напыляются тонкие слои: катод, электролит, анод и другие специфические слои, в то время как в традиционных литий-ионных аккумуляторах используются жидкие электролиты.

Как считают в «Комберри», именно твердотельные источники энергии предпочтительны для устройств с низким энергопотреблением, таких как микросенсоры и датчики для интернета вещей (IoT), RFID-метки, банковские карты, модули RAM, медицинские микроустройства. Носителям заряда в этих областях применения нужны особые свойства: большой срок службы, от сотен тысяч до десятков миллионов циклов, и хранения — до десятков лет без изменений эксплуатационных параметров. Кроме того, они должны работать в широком диапазоне температур, а это сейчас проблема как для существующих видов твердотельных и полутвердых суперконденсаторов, так и для тех, которые основаны на жидком электролите. Устройства «Комберри» «выживают» при температуре от минус 100 до плюс 250 градусов (при рабочей температуре от минус 50 до плюс 150), так как в них отсутствуют жидкости и гелеобразные слои. А это уже серьезная заявка на применение таких конденсаторов, например, в арктических условиях, а то и в космосе.

Устроены эти псевдоконденсаторы особым образом: устройство обладает несколькими видами проводимости — электронной и литий-ионной, а еще в нем есть электроды Фарадея, как в батареях. Для создания напыляемых на подложку слоев используются только химически стабильные и безопасные неорганические материалы. «Мы осознанно ушли от применения лития, — поясняет Андрей Редькин. — Это высокоактивный металл, с которым трудно работать: ему требуются сухие условия, особые режимы взаимодействия, он очень неустойчив в части взаимодействия со средой — влагой и воздухом. Мы сделали свою систему пусть и меньшей емкости — у лития теоретическая емкость самая высокая из всех материалов, но зато более надежной и долговечной».

Псевдоконденсатор во много раз тоньше батарей, и его легко инсталлировать в микроустройства

Повышенная выживаемость

Впервые «Комберри» представила свою разработку на выставке ID TechEx Show! в Берлине в 2017 году, и сразу к ней был проявлен интерес, причем привлекательной оказалась прежде всего способность псевдоконденсатора работать при экстремальных температурах.

Сегодня «Комберри» работает с несколькими зарубежными компаниями, заинтересованными в новых технологиях хранения энергии. Среди них и английская Silent Sensors, которая занимается интеграцией сенсоров в различные виды эластомеров и полимеров, в первую очередь в автомобильные шины. «Больше нигде в мире они не нашли подходящей системы питания. Сейчас мы совместными усилиями создаем прототип устройства для шины. Работать это будет так: колесо при вращении выделяет энергию, которая копится в нашем псевдоконденсаторе, а он питает микродатчики, собирающие данные о различных характеристиках, например о давлении и температуре в шине. Затем эта информация передается на бортовой компьютер автомобиля. Это будет беспроводная энергонезависимая система». Важно, что псевдоконденсаторы можно устанавливать непосредственно в шину. «Ни одни в мире тонкопленочные батареи в шины поместить невозможно, так как температура процесса вулканизации — около 180 градусов, и они просто не выдерживают», — утверждает Андрей Редькин.

Другие примеры возможного применения твердотельных псевдоконденсаторов — инсталляция таких устройств в датчики, которые установлены на крыльях самолетов или на лопастях турбин крупных энергетических установок, для снятия показателей уровня обледенения и условий окружающей среды (температуры, влажности и других характеристик). Но это лишь малая часть возможных вариантов использования подобных устройств.

Миллиарды устройств в будущем

Как такового рынка тонкопленочных устройств питания еще не существует — по крайней мере, серийно они не производятся. Но его потенциал огромен. В ближайшие пять-десять лет вопрос обеспечения энергией сенсоров интернета вещей будет стоять очень остро, считают в «Комберри». Нужны устройства маленького размера, достаточной емкости и по низкой цене, и при этом энергонезависимые (с перезаряжаемой батарейкой или устройством вроде суперконденсатора). Вместе с зарубежными партнерами, у которых есть похожее производство источников энергии, в компании даже рассчитали цену своих псевдоконденсаторов: при объеме продаж на уровне от одного до пяти миллионов устройств в год это будет порядка пяти долларов за штуку (это дорого, но уже позволит «закрыть» ряд применений), а если более 20 млн — уже один доллар, что должно сильно расширить рынок. «На самом деле речь идет о необъятном рынке. Сейчас сенсоры есть в телефонах, компьютерах, кондиционерах, но очень скоро будут почти во всех предметах, которые мы видим», — говорит Андрей Редькин.

Разумеется, есть и другие типы источников энергии для датчиков и сенсоров в сфере интернета вещей. Периодически анонсируется выход на рынок разных типов твердотельных батарей и конденсаторов, однако в большинстве случаев их производство остается слишком дорогим и немасштабируемым. Однако у устройств «Комберри» тоже есть свои ограничения, по крайней мере по емкости, которая иногда не соответствует потребностям потенциальных покупателей. Например, она оказалась слишком низкой для производителя «умных» кроссовок, считающих шаги (датчики в подошвах должны передавать информацию через Bluetooth). Компанияпроизводитель так и не смогла найти подходящие перезаряжаемые батареи нужной емкости и с необходимым количеством циклов зарядки.

К 2023 году в мире в рамках концепции интернета вещей и промышленного интернета к сети будет подключено порядка 20 млрд устройств, при этом на долю технологий Short Range, или «последних ста метров», будет приходиться 17,4% рынка (речь идет о беспроводной сети малого радиуса действия, к таким технологиям относят ряд стандартов связи, в том числе Bluetooth и NFC). «Устройства сверхнизкого потребления, учтенные в этих цифрах, считаются перспективным и активно развивающимся рынком. Заявленный “Комберри” диапазон рабочих температур — хорошее конкурентное преимущество перед обычными суперконденсаторами и задел на среднесрочное будущее, однако в краткосрочной перспективе (один-три года) маловероятно резкое увеличение спроса на такие рабочие характеристики», — отмечает Анастасия Пердеро, менеджер проекта Internet of Energy Центра энергетики Московской школы управления «Сколково».

По мнению Петра Лукьянова, партнера венчурного фонда Phystech Ventures, успех «Комберри» будет больше зависеть от габаритов суперконденсаторов, нежели от скорости зарядки, которую они обеспечивают. «Однако ключевой проблемой большинства подобных проектов является низкая удельная энергоемкость по сравнению с классическими литийионными батареями — в десять-двадцать раз ниже, — комментирует он. — Отдельные разработчики твердотельных суперконденсаторов смогли достичь более высоких показателей за счет использования графена, однако это радикально влияет на себестоимость, так как качественный графен стоит дорого. Потребуется не менее пяти-десяти лет, прежде чем технология станет конкурентоспособной по показателям и цене. Подобных проектов сотни в США и Китае, но больших успехов они не достигают».

В «Комберри» нацелены на продажу технологии производства твердотельных псевдоконденсаторов зарубежной или российской компании в перспективе нескольких лет. Интерес к «батарейным» стартапам в мире только растет. Пока проект активнее развивается, скорее, в сотрудничестве с зарубежными партнерами. По словам Андрея Редькина, с российскими технологическими компаниями отношения по непонятным причинам не заходят дальше разговоров: «Возможно, слишком большой технологический разрыв между тем, что мы делаем, и их целями и задачами, — добавляет он. — Или у них еще нет ориентиров в конкретных областях применения датчиков».

Фотографии предоставлены компанией «Комберри»

Хочешь стать одним из более 100 000 пользователей, кто регулярно использует kiozk для получения новых знаний?
Не упусти главного с нашим telegram-каналом: https://kiozk.ru/s/voyrl

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Семь метров для ветра Семь метров для ветра

Лодка mX700 может занять лидирующее положение на российском рынке парусных яхт

Эксперт
Моя прелесть Моя прелесть

История про собирательство, про страсть, которая согревает, наполняет и радует

Afternoon Seasons of life
Возвращение Возвращение

Как Александр Соколов убеждает участников списка Forbes отдавать долги

Forbes
Надежда Васильева: Нельзя персонажей просто одевать в нарядные тряпки Надежда Васильева: Нельзя персонажей просто одевать в нарядные тряпки

Надежда Васильева о создании костюмов для современных сказок

Ведомости
Логика инвестирования Логика инвестирования

Сергей Колесников о том, как принимать инвестиционные решения в России

Эксперт
Страшно влиятельный доктор Страшно влиятельный доктор

Из чего 105 лет назад появился первый хоррор

Weekend
Как заманить инвестора Как заманить инвестора

Российские регионы активно борются за инвестиции

Эксперт
В поисках рифмы: каким получился музыкальный фильм про Пушкина с Юрой Борисовым В поисках рифмы: каким получился музыкальный фильм про Пушкина с Юрой Борисовым

Святослав Иванов рассказывает, каким получился байопик с Юрой Борисовым

Forbes
Нулевая ступень Нулевая ступень

Весной 2019 года в небо поднялся самолет с самыми большими крыльями в истории

Популярная механика
Ле Корбюзье, история безумия и секты: 10 значимых книг, которые вышли в феврале Ле Корбюзье, история безумия и секты: 10 значимых книг, которые вышли в феврале

В феврале книжный мир еще только просыпается и готовится к выходу бестселлеров

Правила жизни
Ню в невесомости Ню в невесомости

Анна Грачевская – девушка явно не робкого десятка

Playboy
Алло, гараж! Алло, гараж!

Как, зачем и для кого в России создают мотоциклы на заказ

Men Today
«Я никогда не стремился быть богатым» «Я никогда не стремился быть богатым»

Алексей Мордашов вспоминает вместе с нами прошедшие пятнадцать лет

Forbes
Дымзавесы и перцовый газ: как оборонка СССР создавала противоугонные системы Дымзавесы и перцовый газ: как оборонка СССР создавала противоугонные системы

Охранная система, которая работала по принципу газового оружия, существовала

ТехИнсайдер
Международные резервы: срочно требуются перемены! Международные резервы: срочно требуются перемены!

Подход к формированию золотовалютных резервов в России безнадежно устарел

Монокль
Готовимся к посевному сезону: ученый рассказал, какие растения нужно сажать в феврале Готовимся к посевному сезону: ученый рассказал, какие растения нужно сажать в феврале

Какие культуры для посадки выбрать в зимой и как правильно подготовить почву

ТехИнсайдер
Вклады в жалобах Вклады в жалобах

Почему растут жалобы на начисление процентов по вкладам и их рекламу

Ведомости
«Турецкие войны России: Царская армия и балканские народы в XIX столетии» «Турецкие войны России: Царская армия и балканские народы в XIX столетии»

Каким было отношение населения Румелии к российской армии

N+1
Популяризация свинины Популяризация свинины

Что поможет увеличению потребления свинины

Агроинвестор
Неспешно пили предки наши Неспешно пили предки наши

Медиевист Олег Воскобойников — о путешествии вина по истории мировой культуры

РБК
Самый медленный лифт в Нью-Йорке Самый медленный лифт в Нью-Йорке

Предисловие Егора Мостовщикова к книге иконы «новой журналистики» Гэя Тализа

RR Люкс.Личности.Бизнес.
История любви История любви

Почему личные фонды — альтернатива западным трастам и частным фондам?

RR Люкс.Личности.Бизнес.
Нужна помощь! Нужна помощь!

8 ситуаций, когда точно пора к психологу

Лиза
Здоровый образ мысли Здоровый образ мысли

Какие мысли помогают нам быть в тонусе?

Лиза
Пройдемте в кабинет: как решить проблему с контрафактом на маркетплейсах Пройдемте в кабинет: как решить проблему с контрафактом на маркетплейсах

Как справиться с устойчивым ростом числа споров на почве продажи контрафакта

Forbes
Ученые объяснили, почему от красного вина чаще болит голова, чем от белого Ученые объяснили, почему от красного вина чаще болит голова, чем от белого

Почему похмелье от красного вина куда тяжелее, чем от белого?

Maxim
Почему болит запястье? Почему болит запястье?

Целый день работаешь за компьютером? Тебе грозит туннельный синдром

Лиза
«2 часа пролетают за 20 секунд» «2 часа пролетают за 20 секунд»

Дина Аверина и Дмитрий Соловьёв — гармоничная пара проекта «Ледникового периода»

OK!
Когда БУМЕР встречает ЗУМЕРА Когда БУМЕР встречает ЗУМЕРА

Почему конфликт поколений — сомнительная теория и какая польза от их объединения

Afternoon Seasons of life
Наталья Мазур: Театр – субъективное искусство Наталья Мазур: Театр – субъективное искусство

Наталья Мазур рассуждает о магии театра и делится репертуарными планами

Ведомости
Открыть в приложении