Российские исследователи разработали сенсор, который с помощью света позволяет точно отслеживать степень заряда ванадиевых аккумуляторов в реальном времени. Встроенный искусственный интеллект анализирует параметры и корректирует режим работы для предотвращения преждевременного выхода батареи из строя. Устройство в перспективе повысит надёжность аварийных источников питания, батарей для хранения излишков энергии у солнечных панелей и ветровых электростанций.
Ванадиевые проточные аккумуляторы — устройства, способные запасать энергию в больших количествах, хранить её долгое время и высвобождать по запросу. Принцип их работы очень похож на классические аккумуляторы: есть анод и катод, на которых протекает реакция окисления и восстановления с высвобождением электронов. Главное отличие от классических аккумуляторов в том, что реакции протекают в жидких электролитах, а не в твёрдых электродах. Именно эта особенность дает ванадиевым аккумуляторам главное преимущество: в них мощность и энергоемкость становятся независимыми параметрами. Скорость отдачи энергии (мощность) определяется размером электрохимических ячеек, а общий запас энергии (емкость) объемом резервуаров с электролитом.
«В ванадиевых аккумуляторах невозможно с высокой точностью подсчитать, сколько осталось заряда. Традиционные методы, такие как кулономентрия или измерение напряжения в разомкнутой цепи, могут накапливать погрешности с каждым циклом заряда и разряда ячейки. От этого снижается эффективность работы аккумулятора: со временем искажается реальный уровень заряда, что, в свою очередь, может привести к износу батареи и сокращению её срока службы», — объяснил сотрудник лаборатории фотонных газовых сенсоров НИТУ МИСИС Алексей Кузин.
Новую сенсорную платформу предложила команда исследователей НИТУ МИСИС, Сколтеха, НИУ ВШЭ, НМИЦ АГП им. В. И. Кулакова, МПГУ и ИОНХ РАН. Разработка основана на измерении показателя преломления электролита прямо в процессе работы проточной батареи. Микрофлюидные каналы доставляют жидкость на чувствительную поверхность наночипа, где фотонный микрокольцевой резонатор фиксирует спектральные изменения, связанные с концентрациями ионов ванадия. Полученные сигналы обрабатываются обученной нейросетевой моделью, что обеспечивает оперативное и точное предсказание текущего уровня заряда.
«Новый датчик учитывает изменения концентраций активных компонентов и самокалибруется в процессе эксплуатации. В нём задействован искусственный интеллект, анализирующий параметры аккумулятора и корректирующий режим работы для предотвращения преждевременного выхода из строя. Как следствие, снижается погрешность определения степени заряда, поскольку исключается влияние побочных реакций и накопления продуктов разложения в электролите», — сказал д.ф.-м.н. Григорий Гольцман, главный научный сотрудник лаборатории квантовых коммуникаций НИТУ МИСИС.
С подробными результатами исследования можно ознакомиться в научном журнале Journal of Energy Storage (Q1).
«Уже сейчас фотонный датчик на основе рефрактометрического анализа позволяет прогнозировать степень заряда для более чем 15 циклов после достижения электролитом рабочего состояния. В дальнейшем мы планируем отказаться от микрофлюидных каналов и помещать сенсоры прямо в рабочую область батареи, что значительно удешевит разработку и поможет выходу на рынок», — прокомментировал к.ф.-м.н. Вадим Ковалюк, заведующий лабораторией фотонных газовых сенсоров НИТУ МИСИС.
Исследование поддержано грантами Минобрнауки России (№ FSME-2025-0002) и Российского научного фонда (№
