Уявіть лазер, що спалахує і гасне мільярд мільярдів разів на секунду – і кожен такий спалах залишає на поверхні матеріалу структуру розміром у кілька нанометрів. Саме цей інструмент – фемтосекундний лазер – опинився у центрі наукового проєкту, що здобув грант Дослідницької ради Норвегії (RCN) і посів перше місце серед усіх українських проєктів-переможців конкурсу. Його автор – Ярослав Гніліцький, науковий керівник Навчально-наукового центру фемтосекундних лазерних технологій «ФЕМТО» кафедри прикладної фізики та наноматеріалознавства Інституту прикладної математики та фундаментальних наук Львівської політехніки.
Проєкт отримав назву Na+tteries – від хімічного символу натрію ⁺ та англійського batteries. І за цією грою слів стоїть цілком конкретна технічна задача: навчити поверхню електрода «правильно» взаємодіяти з іонами натрію. Саме від якості цього контакту залежить, скільки циклів зарядки витримає батарея – і чи стануть натрій-іонні акумулятори реальною альтернативою літієвим.
«Mи не просто опромінюємо матеріал – ми архітектурно проєктуємо його поверхню імпульс за імпульсом, з точністю до нанометрів», – каже Ярослав Гніліцький.
Натрій-іонні батареї давно перебувають у полі зору енергетиків та матеріалознавців. На відміну від літію, натрій не є дефіцитним ресурсом – він буквально розчинений у морській воді та залягає у земній корі повсюди. Проте реалізувати його потенціал заважає одна стійка проблема: зона контакту між електродом і рідким електролітом нестабільна. Під час кожного циклу зарядки та розрядки іони натрію «входять» і «виходять» із матеріалу електрода, поступово руйнуючи його кристалічну структуру. Через кілька сотень циклів батарея деградує – ємність падає, внутрішній опір зростає.
Команда Ярослава Гніліцького пропонує розв’язати цю проблему на рівні самої геометрії поверхні. Фемтосекундний лазер – імпульс якого триває 10⁻¹⁵ секунди, тобто менше, ніж світло встигає пройти через людське волосся, – дає змогу наносити мікро- і нанорельєф на поверхню електрода без термічного пошкодження матеріалу. Тепло просто не встигає поширитися. Натомість лазер формує впорядковані структури – канавки, конуси, пористі зони, які рівномірно розподіляють потік іонів та пом’якшують механічні деформації під час заряджання.
Результатом має стати електрод, здатний витримувати тисячі циклів без суттєвої деградації. Якщо технологія підтвердить свою ефективність, вона може бути застосована у промисловому виробництві натрій-іонних батарей – від портативної електроніки до стаціонарних систем накопичення енергії для сонячних та вітрових електростанцій.
Навчально-науковий центр фемтосекундних лазерних технологій «ФЕМТО» Львівської політехніки має у своєму розпорядженні унікальну лазерну інфраструктуру й багаторічну експертизу у сфері надкоротких імпульсів. Саме це поєднання практичного досвіду і теоретичної бази переконало міжнародних рецензентів Дослідницької ради Норвегії, які щороку отримують сотні заявок з різних країн світу.
Перемога у конкурсі RCN – і особливо перша позиція серед усіх українських проєктів-учасників – є не лише академічним здобутком. Це сигнал для наукової спільноти: українські дослідники, навіть в умовах війни, здатні генерувати ідеї світового рівня та успішно їх відстоювати на міжнародній арені.
