Қазіргі батареялар бойынша бар білмегеніңіз туралы

Ғалымдарды алға ұмтылдыратын не? Олар ғылымға қалай келеді? Өз зерттеулерінің тақырыбын қалай таңдайды? Осы және басқа да сұрақтарға Назарбаев Университетінің Инженерия мектебінің постдокторанты Әсия Ермұхамбетова жауап берді.

Әсия химиялық инженерия саласындағы  PhD докторы дәрежесін University College London-да (Ұлыбритания) алды. Оның диссертациясының тақырыбы литий-күкіртті аккумуляторлардың жұмысын оңтайландыруға және  механизмін зерттеуге арналған. University College London-ның Электрохимиялық инновациялар зертханасында өзінің PhD зерттеулерін жүргізу кезінде ол алғаш рет in-situ режимінде литий-күкіртті электродтың микроқұрылымын зерттеу үшін көп ауқымды микроскопияны және томографияны қолданды. Бүгінде Әсия Назарбаев Университетінің Жас ғалымдар альянсын басқарады.

– Әсия, сізді энергетика, электрохимия, химия қай жасыңызда қызықтырды?

– Барлығы мектепте оқыған кезде химиямен әуестенуден басталды. Маған өмірде, тұрмыста кездесетін құбылыстарды түсіну маңызды болды: керосин, бензин қалай жанады; әр түрлі заттардың жануы кезінде неліктен түрлі иістер пайда болады; неліктен кесек қантқа қарағанда  құмшекер жылдам ериді; немесе тамаққа қосқан кезде сірке қышқылы не үшін содамен сөндіріледі, жалпы, оларды не үшін қосады және т.б. Алдымен барлық жауаптарды ата-анамнан алдым, содан кейін сұрақтар ұлғая бастады, сөйтіп химия туралы көбірек оқи бастағанымды өзім де аңғармай қалдым.

Жоғары сыныптарда  бір американдық ғалымның өзі құрған ұяшықта автомобильдің отыны ретінде бензиннің орнына суды пайдалануға болатындығын  айтқаны туралы оқыған едім. Әрине, Стэнли Мейердің мәлімдемесі расталмады, бірақ мен электролиз процесімен осылайша таныстым. Лондонда магистратурада оқып жүргенде мен химиялық энергияны электр қуатына түрлендіретін отын элементтерін – ұяшықтарды көрдім. Олардың құрылғыдағы және студенттер тобы жинаған шағын автомобильдегі  жұмысын тамашаладым. 

– Сіздің болашақ мамандығыңызды таңдауыңызға кім әсер етті?

– Болашақ мамандықты таңдауыма химия мұғалімі Ридная Юнона Викторовна, нағыз ұстазым  әсер етті. Оның сабақтарынан кейін біз ұнтақ немесе косметика қаптамаларындағы атауларды түсіне білдік  және өнімнің пайдасы мен зиянын айыра бастадық. Және екінші адам, әрине, менің анам, ол мамандығы бойынша ветеринар және 25 жылдан астам уақыт С. Сейфуллин атындағы Аграрлық университетте сабақ берді.

– Сіздің «Литий-күкірт батареяларын әзірлеу және олардың жұмыс істеу мен істен шығу механизмдерін зерттеу» атты зерттеу жұмысыңыздың тақырыбы күнделікті өмірде қалай қолданылады?

– Литий-күкірт батареялары – бұл жаңа буын батареялары, теориялық жағынан олардың энергетикалық сыйымдылығы қолданыстағы литий-ионды батареялардан бес есе артық. Аккумуляторлардың мұндай түрі эксперимент ретінде 2008 жылдың тамыз айында күн сәулелік батареялармен ұшатын ұшақта рекордтық жоғары және ұзақ ұшу кезінде қолданылды. Алайда, осы артықшылықтарға қарамастан, бірнеше мәселелер туындап отыр, мәселен, литий-күкірт батареялары ұзақ жұмыс істеген кезде тұрақсызданады, бұл олардың жаппай өндірісін іске қосуға және, атап айтқанда, оларды электромобильдерде пайдалануға мүмкіндік бермейді.

Мен өз зерттеулерімде батареяны пайдалану кезінде оның қалай өзгеретіні және тұрақсыздығына не әсер ететіні туралы ойлана бастадым. Мен өз жұмысымда батареяны пайдалану кезінде оның микроқұрылымының қалай өзгеретінін зерттей отырып, және бұл ретте батареяны бөліктерге бөлшектемей, химиктер үшін дәстүрлі емес компьютерлік томография әдістерін қолдандым.

Менің жаңа зерттеуімнің тақырыбы кеуекті құрылымдармен және материалдармен, тасымалдау процестерін зерттеумен байланысты. Тасымалдау құбылыстарын білу өнеркәсіптегі көптеген процестер үшін негіз болып табылады. Мысалы, мұнай саласында – мұнайды сүзуді болжау үшін, қоршаған ортаны қорғау саласында – ластаушы  заттардың диффузиясын бақылау үшін, мембраналық технологияларда – биологиялық және медициналық мақсаттар үшін және т. б. қажет.

– Батареялардың экологияға келтіретін зиянына байланысты оларды қабылдау мен кәдеге жаратудың арнайы пункттері ашылды. Бүгінгі батареяларға баламалар бар ма, олардың уыттылығын төмендету жолдары бар ма?

– Бүгінде көптеген ғалымдар батареялардың уыттылығын азайту мәселесіне алаңдаулы. Мысалы, литий-ионды батареялардың уыттылығының негізгі проблемасы – бұл органикалық электролиттер, олар тұтанады, оларды ашқан кезде улы болып табылады. Бүгінде ғалымдар су электролитінің немесе қатты керамикалық электролиттің, толық көміртекті батареяның және басқа да технологиялардың негізінде «зияндылығы» аз материалдарды пайдалана отырып,  батареялар жасағысы келеді. Мұның бәрі көп уақытты және инвестицияларды талап етеді.

Біздің әрқайсымыз бүгін не істей аламыз? Біріншіден, заттарды мақсаты бойынша пайдалану қажет. Тұзды және алкалинді батареялар зарядтағы үлкен токтарды жақсы көрмейді, бірақ олар арзан және зарядты ұзақ сақтауға мүмкіндік береді, егер тұтыну төмен болса,  мысалы, оларды қабырға сағаттарында пайдаланады. Олар электроника немесе балалар ойыншықтары үшін қолайлы емес – олар үшін қайта зарядталатын литий-ионды батареяларды пайдаланған жақсы. Батареяларды қызған кезде немесе керісінше, төмен температурада сақтау, сондай-ақ олардың қызмет ету мерзімін азайтады. Никель-кадмий және литий-ионды батареяларға әртүрлі зарядтау талаптары қойылады.

– Әсия, химиялық инженерия саласындағы ғалым әйел болу оңай ма?

– Таңдау саналы түрде жасалса, барлық қиындықтарды еңсеруге болады. Жиырма жасымда мамандығымды таңдаған кезімде  жолымның қаншалықты қиын болатындығын түсінбедім. Бірақ маған әрдайым оңай немесе қиын болды деп айта алмаймын. Бакалавриат деңгейінде инженерлік мамандықтарда оқитын қыздардың саны инженер әйелдерге қарағанда, сондай-ақ нақты ғылымдар саласындағы ғалым әйелдермен салыстырғанда бірнеше есе көп. University College London PhD докторанты ретінде мен де сол аз топтың қатарында болдым. Бұл жұмыста ауыр заттарды көтеру, сырғыту құрылғылары сияқты қарапайым заттар болмаған кезде сезіледі. Біздің саламызда әйелдер көп болған сайын біз үшін мүмкіндіктер тезірек жақсаратын болады.

– Қазір іргелі зерттеулерге қолдауды қысқарту және қолданбалы әзірлемелерді қаржыландыру қажет деген пікірді жиі естуге болады. Сіздің пікіріңіз қандай?

– Іргелі зерттеулер жаңа білімді құрайды. ЮНЕСКО-ның соңғы баяндамасында іргелі зерттеулерді қаржыландырудың қысқартылмайтындығы,  керісінше ұлғайтылатындығы туралы айтылды.  АҚШ-та, мысалы, үкімет қолданбалы зерттеулерге қолдау көрсететін өнеркәсіпке жетекшілік рөлді қалдыра отырып, іргелі зерттеулерді қаржыландырады. Оңтүстік Кореяда, Қытайда іргелі ғылымға шығыстар мөлшері ұлғайтылды; Еуропалық Одақ дағдарысқа қарамастан іргелі ғылымды қолдау бойынша өз міндеттемелерінің деңгейіне қолдау көрсетеді.  Ғылым – бұл  дамуды талап ететін елдің бәсекеге қабілеттілігі,  адами капиталға тікелей инвестициялары.

Бұлардың екеуі де өте маңызды. Тағы бір мәселе, бірқатар елдерді қоспағанда,  іргелі зерттеулер қаржы тарапынан шығынды болып табылады. Бұл ретте, грантқа өтінім беру кезеңінде қолданбалы зерттеулерді нақты нәтижелер мен тұжырымдамалардың растауларына қарап теңестірудің қажеті жоқ.