Воздушные аккумуляторы, хранение энергии и подготовка кадров – женский взгляд на науку
Научная среда долгое время считалась преимущественно мужской, но сейчас возможности для женщин гораздо шире, пишет Taspanews.kz. Успех в науке зависит не от пола, а от упорства, знаний и стремления к развитию. Такого мнения придерживается Аяулым Белгибаева – ведущий научный сотрудник и исполняющая обязанности заведующего лаборатории систем накопления энергии в National Laboratory Astana при NU.
Аяулым Белгибаева отучилась на химика, а затем продолжила обучение в магистратуре в Японии в Токийском технологическом институте (Tokyo Institute of Technology), и получила степень PhD в области Chemical Science and Engineering. После защиты диссертации Аяулым вернулась в Казахстан, продолжая исследования в области материалов для аккумуляторов.
Еще во время учебы в бакалавриате в ЕНУ она начала глубже изучать материалы для энергонакопителей.
«На 4-м курсе мне представилась возможность пройти стажировку в Назарбаев Университете, где я впервые попробовала себя в экспериментальных исследованиях. Этот опыт стал для меня важным этапом: я увидела, как можно сочетать фундаментальные знания с практическими экспериментами, и поняла, что хочу продолжать заниматься наукой. В магистратуре и докторантуре я сосредоточилась на изучении наноматериалов и их применении в аккумуляторах. Мои исследования в Японии дали мне фундаментальные знания и навыки, которые я продолжаю развивать в своей работе»,
Для исследователя оказалась ближе экспериментальная работа, чем теоретические расчеты. Она сосредоточилась на исследовании функциональных материалов, особенно в области аккумуляторов, и проводит исследования на эту тему более десяти лет.
Одним из проектов, которым особенно гордится ученый, стало создание анодных материалов для аккумуляторов, способных работать при очень низких температурах. Это была первая серьезная работа после получения степени PhD, и результаты оказались перспективными для дальнейшего развития этой области.
Обычные аккумуляторы с графитовым анодом перестают нормально работать при температурах ниже −20 °C, так как ионы лития начинают двигаться слишком медленно, а емкость батареи резко снижается. В проекте был разработан новый материал – углеродные композитные волокна, содержащие специальные соединения олова (фосфиды и фосфаты). Благодаря этому материалу аккумулятор сохраняет стабильную работу даже при −30 °C и удерживает достаточно высокий уровень энергии.
Результаты исследования были опубликованы в научном журнале Small, а также запатентованы. Хотя это еще не готовое технологическое решение, материалы, которые разработала группа казахстанских ученых, могут стать основой для создания более эффективных аккумуляторов, работающих в условиях низких температур. Этот проект стал важным этапом в исследованиях, поскольку раскрыл потенциал их практического применения.
«Мне интересны многофункциональные материалы, которые можно использовать в разных областях – не только в аккумуляторах, но и, например, в сенсорах, фотокатализе или системах очистки воды. Меня привлекает идея создания материалов, которые могут выполнять сразу несколько задач в зависимости от условий их применения. Особый интерес у меня вызывает исследование углеродных материалов и композитов с металлическими или оксидными наночастицами, так как они обладают широким спектром свойств: могут быть электропроводящими, катализировать химические реакции или эффективно поглощать загрязняющие вещества. Такие материалы могут использоваться в электрохимических датчиках, водоочистных фильтрах и даже в солнечных элементах. Также мне нравится изучение фундаментальных механизмов, которые определяют свойства этих материалов. Например, как изменяется структура наноматериалов во время работы, какие поверхностные реакции происходят, как можно контролировать взаимодействие их компонентов»,
Глубокое понимание этих процессов позволяет ученым не только разрабатывать новые материалы, но и целенаправленно управлять их характеристиками для конкретных приложений.
Сейчас команда под руководством Аяулым занимается разработкой новых материалов для аккумуляторов, которые смогут сделать их более энергоемкими, долговечными и безопасными. Для литий-серных аккумуляторов ученые разрабатывают специальные структуры, которые помогают серному катоду работать более стабильно. Также изучаются квази-твердые электролиты, которые могут сделать такие батареи более безопасными.
В направлении литий-ионных аккумуляторов создаются новые материалы для анодов и высоковольтных катодов, которые могут повысить емкость батарей и продлить срок их службы.
Еще одно важное дело – переработка пластиковых отходов – ученые ищут способы превращать отходы пластика в полезные материалы для аккумуляторов, например, в углеродные электродные материалы или в сепараторы, которые разделяют электроды внутри батареи.
В ближайшее время Аяуылм Бельгибаева планирует сосредоточиться на продолжении фундаментальных исследований в области материалов для аккумуляторов и систем энергонакопления:
«Меня интересуют новые подходы к созданию и модификации материалов, а также поиск неизученных направлений, где моя экспертиза может быть применена, но где пока никто не работает. Одним из таких направлений могут стать воздушные аккумуляторы, которые рассматриваются как перспективная технология для создания высокоэнергоемких систем хранения энергии».
Отдельное внимание автор исследований хочет уделить использованию казахстанского сырья для разработки функциональных материалов. В Казахстане есть природные ресурсы, а также отходы сельского хозяйства и промышленности, которые могут стать основой для создания углеродных, металл-оксидных и композитных материалов. Их изучение и применение в аккумуляторах может открыть новые возможности в области энергонакопления.
Также важным направлением для Аяулым является подготовка молодых ученых:
«Я планирую продолжать обучение аспирантов и студентов, вовлекать их в исследования и помогать развивать научные навыки. Это не только способствует развитию новых специалистов, но и позволяет расширять исследовательскую команду. Если вам нравится наука, следуйте за этим интересом. Научная карьера – это не всегда предсказуемый путь, но любопытства и стремления разбираться в сложных вещах уже достаточно, чтобы двигаться вперед. Наука требует терпения, настойчивости и готовности сталкиваться с вызовами. Не все эксперименты будут успешными, не все гипотезы подтвердятся, но даже неудачные результаты приближают к пониманию. Важно учиться работать самостоятельно: находить информацию, разбираться в сложных темах, формулировать свои идеи. При этом не менее ценны научные связи и работа в команде, где можно обмениваться опытом и получать поддержку».
