Президент ОАО «Аккумуляторная компания «Ригель»

Ю.А. Быстров 

14 декабря сего года состоится открытие производственного комплекса по выпуску промышленных высокоемких литий-ионных аккумуляторов на базе ОАО «Научно-производственный центр «Ригель». Без ложной скромности можно сказать, что этот шаг выводит российскую промышленность на новую качественную ступень в нише серийного производства современных высокотехнологичных и универсальных в применении аккумуляторов. В чем же конкретно видятся перспективы?

В первую очередь, отметим роль химических источников тока в ожидаемом и необходимом технологическом «переустройстве» России. Действительно, трудно говорить о развитии отечественных отраслей в сфере «Hi-Tech» без наличия собственной развитой производственной базы по выпуску

химических источников тока. Конечно, есть немало других нерешенных проблем, скажем, в области станкостроения или микроэлектроники (элементная база), которые также препятствуют решению поставленной Президентом и Правительством Российской Федерации задачи о переходе экономики на путь высокотехнологического развития и поддержания высокого уровня национальной безопасности. Но, в нашем случае, освоение производства современных химических источников тока говорит о принципиальной возможности успешного решения прорывных наукоемких задач при известной политической воле и внимании к работе экспертов.

Отметим также, что, например, современная электронная компонентная база необходимого качества сегодня может быть закуплена в одной из многих стран, имеющих нейтральную политическую ориентацию. То есть, понимая всю  важность развития отечественной элементной базы, мы видим, что применение импортных элементов на определенных этапах все же возможно. А вот «свободного рынка» новейших химических источников тока промышленного класса в мире не существует.

 На сегодняшний день современные химические источники тока, особенно промышленного и военного назначения, изготавливаются лишь в нескольких развитых странах (США, Франция, Япония, Германия). При этом литий-ионные батареи комплектуются электронными элементами, необходимыми для создания системы контроля и управления (СКУ), что обеспечивает работу батареи по заданной программе. При этом, постановка в СКУ особых микроэлектронных «закладок» для считывания необходимой информации или даже отключения батареи по команде с земли или через спутник не представляет большой сложности. Речь идет отнюдь не только об опасности применения данной техники в военной сфере. Не исключено, что часть эпизодов с падением отечественных космических аппаратов могут быть связаны, в том числе, с увлечением наших космических предприятий закупками импортных литий-ионных батарей, например, французской фирмы «SAFT».  Учитывая, что «SAFT», как и абсолютное большинство других фирм в мире, производящих литий-ионные источники тока промышленного и военного классов, контролируется американцами, вероятность такого сценария существует. 

Таким образом, развитие отечественного производства современных химических источников тока и батарей на их основе является необходимым условием движения России по пути модернизации экономики и поддержания надлежащего уровня национальной безопасности.

Почему из всего спектра химических источников тока выделяются именно литий-ионные? Причина в их уникальных энергетических и эксплуатационных характеристиках, что позволяет подойти к конструированию вооружений, военной, специальной и гражданской техники с новых позиций. Перечислим их основные качества:

• высокие удельные энергетические и мощностные характеристики;
• отсутствие газовыделения и перегрева в процессе штатной работы;
• возможность заряда и разряда в течение нескольких минут при  КПД > 98%;
• высокий циклический ресурс, длительный срок хранения;
• способность функционировать в полностью автономном режиме;
• низкие эксплуатационные расходы;
• независимость работы от позиционирования в пространстве;

Учитывая стратегическое значение отечественного серийного выпуска высокоемких литий-ионных аккумуляторов, Президент Российской Федерации Владимир Путин в 2002-2003 годах дал поручения ряду министерств и ведомств проработать вопрос о создании такого производства. Было принято решение организовать выпуск аккумуляторов на базе ОАО «Научно-производственный центр «Ригель» (ОАО «НПЦ «Ригель»), который разместился на территории ОАО «Аккумуляторная компания  «Ригель» (ОАО «АК «Ригель»).

Так был дан старт эффективному частно-государственному партнерству компаний и переходу от производства электрохимических систем прошлого поколения с концентрацией всех сил на самом перспективном направлении в области автономной энергетики – создании литий-ионных источников тока. Важную роль в достижении положительных результатов по разработке и производству новой высокотехнологичной продукции играет Государственная корпорация «Ростехнологии», являющаяся крупным акционером ОАО «НПЦ «Ригель». Председателем совета директоров ОАО «НПЦ «Ригель» является Владимир Патрушев, занимающий должность заместителя руководителя Санкт-Петербургского представительства Госкорпорации.

    Разработка и производство в России литий-ионных источников тока, относящихся к изделиям класса Hi-tech, требует приложения значительных организационных и экономических усилий по созданию соответствующей научной, технологической и производственной базы. Также крайне важны подготовка квалифицированных специалистов и налаживание эффективных кооперационных связей.

Вся 10-летняя деятельность по созданию отечественного производства литий-ионных источников тока на территории ОАО «АК «Ригель» имела несколько последовательных этапов:

1. Отработка технологии производства литий-ионных источников тока.

2. Выполнение НИР и ОКР по созданию типоразмерного ряда литий-ионных источников тока и батарей на их основе.

3. Постановка за счет собственных средств производственных линий по выпуску литий-ионных аккумуляторов.

4. Поставка литий-ионных источников тока для военных и гражданских заказчиков.

5. Реализация совместно с ГК «Ростехнологии» инвестиционного частно-государственного проекта (государственный заказчик – Минпромторг России) по созданию серийного производства высокоемких литий-ионных источников тока (работы были развернуты по прямому указанию Президента РФ В.В. Путина).

Необходимо подчеркнуть, что литий-ионные источники тока и батареи на их основе, создаваемые специалистами ОАО «АК «Ригель», адаптированы к специфическим требованиям Минобороны России и других силовых ведомств. По своим энергетическим и эксплуатационным характеристикам они не уступают, а во многом и опережают мировые аналоги. Например, диапазон рабочих температур (от -50 до +70^оС) не обеспечивает ни одна компания в мире.

Качество аккумуляторов достигается усилиями уникального научно-технического центра, в котором трудятся около 80 человек, в том числе талантливые ученые, кандидаты и доктора наук. Кафедра электрохимии Технологического института Санкт-Петербурга является базовой при целевой подготовке специалистов для компании. Для проведения исследований привлекаются также специалисты иных ведущих ВУЗов и академических институтов Санкт-Петербурга и других регионов России.

Развитие энергетических и эксплуатационных характеристик литий-ионных источников тока  идет по следующим направлениям:

— численное моделирование процессов электрохимии;

— создание перспективных катодных и анодных материалов;

— применение нано-технологий;

— использование современной микроэлектроники и др.

В целом, можно констатировать, что созданный научно-технический центр в области электрохимии не имеет аналогов в России и находится на уровне ведущих мировых компаний, занимающихся литий-ионными источниками тока.

Достижения ученых и специалистов позволили создать современную производственную базу.

Во-первых, в ОАО «АК «Ригель» около шести лет назад запущена опытно-экспериментальная производственная линия по выпуску литий-ионных источников тока различного типоразмера, созданная на собственные средства компании. На этой линии производится необходимое количество изделий для выполнения научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ по заказу Минобороны России и предприятий ОПК.

Во-вторых, с учетом подписанных контрактов на поставку высокоэнергетических аккумуляторных батарей для специальной морской техники, в текущем году в ОАО «АК «Ригель» запущена еще одна — более производительная линия. 

Производственная линия ОАО «АК «Ригель» 

В-третьих, как уже было отмечено выше, 14 декабря открывается современный производственный комплекс по выпуску промышленных высокоемких литий-ионных источников тока на базе ОАО «НПЦ «Ригель». Работы начались в 2005 году, а с 2007 года проект «Создание производства литий-ионных аккумуляторов на ОАО «НПЦ «Ригель» получил устойчивое бюджетное финансирование в рамках ФЦП «Развитие оборонно-промышленного комплекса Российской Федерации на 2007-2010 годы и на период до 2015 года». Данное производство позволит, в первую очередь, обеспечить современным автономным электропитанием изделия, запланированные к выпуску Государственной Программой Вооружения (ГПВ-2020).  

Таким образом, на территории ОАО «АК «Ригель» активно развивается производственная база на основе эффективного частно-государственного партнерства, позволяя полностью удовлетворять растущие потребности военных и гражданских заказчиков.

В целом, области применения промышленных литий-ионных источников постоянно расширяются и крайне важны для высокотехнологичной продукции Российской промышленности. Рассмотрим кратко наиболее значимые направления сферы применения промышленных высокоемких литий-ионных источников тока. 

ВООРУЖЕНИЕ, ВОЕННАЯ И СПЕЦИАЛЬНАЯ ТЕХНИКА 

Применение литий-ионных источников тока в современных вооружениях, военной и специальной технике позволяет значительно улучшить тактико-технические характеристики ВВСТ.

Например, постановка литий-ионной батареи на автономный необитаемый подводный аппарат «Клавесин» (номенклатура Минобороны России) позволила в летний период 2007 года исследовать арктический шельф в районе хребта Ломоносова и доказать его принадлежность Российской Федерации. Преимущества, которые дало использование литий-ионной батареи, по сравнению с батареями на базе электрохимических систем, применявшихся ранее, заключаются, во-первых, в увеличении длительности миссий аппарата из-за более высоких энергетических характеристик по массе и по объему. А во-вторых, выросла частота выполнения миссий аппарата за счет отсутствия необходимости обслуживания батареи между миссиями, и ускорения времени зарядки. 

Автономный необитаемый подводный аппарат «Клавесин»

Во взаимодействии с ЦКБ МТ «Рубин» и СПМБМ «Малахит» в стадию практической реализации вошла работа по замещению литий-ионными батареями свинцово-кислотных и серебряно-цинковых батарей на атомных и дизель-электрических подводных лодках. В результате, Россия может занять лидирующие позиции по данным видам военной техники, что повысит не только оборонный потенциал страны, но и может принести большую экономическую выгоду в сфере военно-технического сотрудничества.

Есть целый ряд направлений применения высокоемких литий-ионных источников тока, которые найдут свое практическое воплощение в ближайшей перспективе. Например, возможность быстрой зарядки/разрядки позволяет использовать новые батареи не только для подводных аппаратов, но и для торпедного оружия,  а также в лазерной технике. 

ЭЛЕКТРОМОБИЛИ 

С появлением литий-ионной электрохимической системы становится реальным воплощение мечты нескольких поколений ученых и специалистов о переводе автотранспорта на электротягу. Последние автомобильные выставки в США, Европе, Японии и Китае показывают, что практически все ведущие автомобильные концерны проектируют и начали производить гибридные автомобили и чистые электромобили.

Россия может стать важным участником этого процесса. Арифметика здесь проста. Количество автомобилей в мире приближается к 1,5 млрд. штук, и даже если только  каждый десятый из них за несколько десятилетий будет заменен электромобилем с аккумуляторной батареей, стоимостью 5-10 тыс. долларов, ясно, что в ближайшей перспективе рынок литий-ионных батарей составит триллионы долларов.

Очевидно, Санкт-Петербург с его развитым автомобилестроительным кластером может занять лидирующие позиции в России по внедрению электротранспорта. 

СЕТЕВЫЕ НАКОПИТЕЛИ ЭНЕРГИИ 

Одно из наиболее перспективных направлений практического применения литий-ионных источников тока связано с применением электрохимической схемы «фосфат лития железа + титанат лития».  Оба материала синтезируются в наноструктурном виде, что позволяет практически мгновенно внедрять и извлекать ионы лития из активного материала без возникновения каких-либо структурных напряжений, ведущих к деградации кристаллической решетки.

В результате циклический ресурс литий-ионного аккумулятора, изготовленного таким образом, достигает 40-60 тысяч циклов. Кроме того, полностью наноструктурный характер активных материалов литий-ионного источника тока предопределяет в этом случае еще одну уникальную характеристику – способность его практически мгновенно заряжаться и разряжаться, т.е. принимать и отдавать энергию с большой мощностью.

Как известно, в большой энергетике (ГЭС, АЭС) существует проблема избыточной выработки энергии в ночное время и нехватка ее в дневное время при пиковых нагрузках. Причина в том, что после известных аварий (Чернобыльская АЭС и Саяно-Шушенская ГЭС) законодательством  Российской Федерации запрещено менять режим работы АЭС и ГЭС в течение суток. Поэтому, для накопления энергии в ночное время и выдачи ее в пиковые часы конструируются разнообразные сетевые накопители, которые имеют порой довольно экзотическую конструкцию.

Например, в районе г. Звенигород Московской области построен, так называемый, гидроаккумулятор, представляющей из себя чашу диаметром в несколько километров, приподнятую над уровнем земли. Принцип действия гидроаккумулятора: (1) заполнение чаши водой в ночное время за счет перекачки насосами при наличии избыточной энергии АЭС или ГЭС; (2) сброс воды на установленные под чашей турбины для выработки энергии и выдачи ее во внешнюю сеть в дневное время. Однако этот вариант сетевого накопителя плохо себя оправдывает из-за крайне низкого КПД, экологических проблем и иных сложностей технологического характера.

Более эффективный вариант связан, очевидно, с использованием буферной литий-ионной аккумуляторной батареи, сконструированной по электрохимической схеме: «фосфат лития железа + титанат лития». Практически бесконечный циклический ресурс такой батареи позволит ей работать без замены в течение всего жизненного цикла АЭС или ГЭС. Кроме того, батарея будет способна практически мгновенно отдавать энергию во внешнюю сеть при пиковых нагрузках в дневное время. 

 Принципиальная схема использования литий-ионной батареи в качестве сетевого накопителя энергии

Выводы.

1. На базе ОАО «АК «Ригель» в форме частно-государственного партнерства создан эффективно работающий научно-производственный комплекс по разработке и выпуску промышленных высокоемких литий-ионных источников тока и батарей на их основе, что кардинально меняет ситуацию в целом ряде высокотехнологичных проектов в оборонной и гражданской промышленности.

2. Имеется целый ряд перспективных направлений и рынков, где продукция группы компаний «Ригель» будет востребована.

3. Опережающее развитие отечественного производства современных химических источников тока и батарей на их основе является необходимым условием движения России по пути высокотехнологического развития экономики и поддержания надлежащего уровня национальной безопасности.