Батерии за зелена енергия

Учени разработват по-ефективни и по-безопасни електродни материали за тях

Д-р Мария Калъпсъзова е една от трите победителки в стипендиантската програма „За жените в науката“ за 2021 г. В момента тя е главен асистент в Института по обща и неорганична химия към БАН. Завършила е висшето си образование в ХТМУ – София. Научната Ӝ дейност и проектът, с който печели Наградата, са фокусирани върху разработване на по-ефективни и евтини материали за съхранение на зелена енергия. Основната цел е изобретяването на иновативни натриево-йонни батерии.
Изследванията на Мария попадат в една от най-бързо развиващите се днес тематики, а именно мащабно внедряване на възобновяема енергия, което е сред приоритетите на Европейския зелен пакт. Научната Ӝ кариера включва специализации във водещи световни изследователски организации в областта на електрохимията и енергийните системи. Тя е и активен член на Международната мрежа на младите химици.

Д-р Мария Калъпсъзова работи върху създаването на мощна натриево-йонна батерия за съхранение на зелена енергия

Зина СОКОЛОВА

Мария Калъпсъзова израства в град Ябланица. Баба ѝ е фармацевт и работи във време, когато много лекарства се правят на място в аптеките. Малката Мария прекарва доста време при нея и наблюдава с интерес как смесва различни прахчета, за да приготви лекарства.
„Завърших гимназия в родния си град и открих, че определено повече ми се удават естествените науки – спомня си тя. – Като дойде време да се ориентирам какво да кандидатствам, се оказа, че фармацията се прави в заводи, не в аптеките.“
Затова решава да запише следващото най-близко до първото си желание – химия. Кандидатства в ХТМУ – София „Органични химични технологии“. Там завършва и магистратурата си в направление „Целулоза, хартия и опаковки“.
По-късно отива на работа в Института по обща и неорганична химия на БАН, където защитава докторантура в областта
на химията на твърдото тяло с тема за екологични натриево-йонни батерии. Спечелената стипендия ще ѝ помогне в разработването на проект, който има за цел получаването на по-ефективни и по-безопасни електродни материали за тези батерии.
„В нашите проучвания използваме по-екологични материали от тези, които се прилагат в момента – обяснява д-р Калъпсъзова. – Друго предимство е, че те са широко разпространени в природата и по този начин ще допринесат за поевтиняване на самата батерия. Конкретно за проекта сме избрали да работим с алуминий и алуминиев оксид. Алуминия го вкарваме в структурата на самия материал с цел да подобрим технологичните характеристики на въпросните електродни материали. Другият подход, който ще използваме, е покриване на въпросния материал с алуминиев оксид.
С това се цели да се предотвратят нежелани странични реакции между електрода и електролита. Обикновено при сега съществуващите батерии има нередки случаи, които водят до възпламеняване, до взривяване на самите батерии. Имаше дори случаи на мобилни телефони на известна фирма, които гърмяха.“
Още при работата си върху дисертацията д-р Калъпсъзова използва т.нар. електрохимично неактивни материали и получава положителни резултати. Затова решава да предприеме следваща стъпка с алуминия. Този елемент е доказал своите качества и се използва при литиево-йонните батерии в малки количества, които подобряват характеристиките им. Натрупаното знание за литиево-йонните батерии стимулира проучванията върху натриево-йонните. Литиево-йонните батерии се използват масово за телефони, за лаптопи. Докато натриево-йонните, върху които работи в момента д-р Калъпсъзова, ще се ползват за стационарно съхранение на енергия, генерирана от слънчеви панели, от ветрогенератори, или с други думи зелената енергия, за която сега всички говорят.
„Идеята е тази екологична енергия да се внедри възможно най-скоро и възможно най-мащабно – уточнява тя. – Затова се налага разработването на тези технологии, за да отговорят на необходимостта за съхраняването ѝ за по-дълго време. Тук има два процеса. Енергията трябва да бъде акумулирана за много кратко време – докато грее слънце или духа вятър. После така генерираната енергия трябва да бъде съхранявана дълго време, докато не се наложи да бъде консумирана.“
По-добрите материали, които иска да получи д-р Калъпсъзова, ще могат да осигурят голям брой цикли на зареждане и разреждане, а оттам – и по-дълъг живот на самите батерии. С вкарването на алуминиевите йони вътре в структурата се повишава нейната стабилност и се избягват страничните реакции между електрода и електролита, които водят да разрушаване на материала по време на работа. Учените все още работят по намирането на тези оптимални материали, за да може да се създаде прототип, който после да бъде пуснат в производство. Смята се, че до две-три години ще се появи първият прототип на натриево-йонна батерия, а до пет години тя вече ще е на пазара.
„Основният подтик да се занимавам с наука, е любознателността – признава Мария. – Всеки ден изследваме различни неща. И винаги е много интересно. И ако трябва да се върна към детската си мечта да стана фармацевт, сега пак смесвам различни неща в хаванчета и донякъде заниманията ми са близки с това, което правеше баба ми в аптеката.“