Официальный сайт ЮРГПУ(НПИ) » Новости » УЧЕНЫЕ НПИ СОЗДАЮТ ДВИГАТЕЛЬ БУДУЩЕГО

В рамках ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно- технологического комплекса России на 2014 – 2020годы» ученые ЮРГПУ(НПИ) совместно с индустриальным партнером - ООО "ПТЕРО" - работают над проектом на тему «Мобильные энергоустановки на водородных топливных элементах киловаттного класса мощности: разработка новых материалов, технологий, технологического оборудования». Первый этап совместной работы завершен, самое время подвести промежуточные итоги.

 

Развитию рынка энергоустановок на топливных элементах в России сейчас препятствует их высокая стоимость, которая обусловлена, в том числе, отсутствием технологий изготовления компонентов и современного технологического оборудования. Широкое внедрение энергоустановок на водородных топливных элементах приведёт к существенному уменьшению отрицательного техногенного воздействия на окружающую среду и повышению качества жизни.

Разработка ученых ЮРГПУ(НПИ) направлена на преодоление технологических барьеров на пути создания новых продуктов для перспективных рынков, в том числе Энерджинет, Автонет, Маринет, Аэронет в рамках сквозной технологии «Новые и портативные источники энергии». Среди наиболее перспективных источников энергии выделяются элементы, использующие водород в качестве топлива. Реализация проекта обеспечит производство изделий, способных конкурировать не только на российском, но и на мировом рынке энергоустановок на топливных элементах.

 

Технологическое оборудование для производства твердополимерных топливных элементов позволит организовать в РФ производство энергоустановок киловаттного класса мощности, предназначенных для энергообеспечения различных беспилотных авиационных систем, а также в перспективе - для мобильных сервисных роботов. Мировой рынок беспилотных авиационных систем к 2035 году, по оценкам экспертов, составит более $200 млрд, при этом доля России на этом развивающемся рынке может составить более $35–40 млрд. Более $10 млрд - прогнозируемый объем мирового рынка профессиональной сервисной робототехники, например, для автоматизации складской логистики. Для этих устройств использование энергоустановок на водородном топливе является необходимым условием как с экономической (длительность полетов/автономной работы в разы превышает возможные показатели для систем на иных накопителях/источниках энергии), так и с экологической (отсутствие вредных выбросов, единственный побочный продукт - чистая вода) точек зрения. Над реализацией этой смелой идеи в нашем университете работает команда молодых разработчиков: средний возраст исследователей -  35 лет, доля научных сотрудников в возрасте до 39 лет -68%.

 

Плановый период работы над проектом – с декабря 2019 года по 30 сентября 2020. Объем финансирования - 37.50 млн. руб., из них бюджетные средства - 30.00 млн.руб., внебюджетные средства - 7.50 млн.руб. За почти три месяца упорного труда разработчики успели выполнить обзор и анализ всех исследований, имеющихся в мире на эту тему. Востребованность и актуальность своего проекта команда ученых НПИ оценивает как очень высокую. Задача политехников в сотрудничестве с предприятием – практически «с нуля» создать эффективный, устойчивый водородный двигатель. Ученые хотят получить значимые научные результаты и разработать новые технологии мирового уровня в области экологически безопасной энергетики: технологию твердополимерных топливных элементов, и вывести на рынок мобильные энергетические установки киловаттного класса мощности для беспилотных авиационных систем и робототехники! Ими также разработана биполярная пластина для твердополимерных топливных элементов, предназначенных для энергообеспечения беспилотных воздушных судов.

 

 - Мы создали экспериментальный образец технологической линии изготовления пластин для топливных элементов, который уже успешно прошел испытания, - рассказала руководитель проекта, д.х.н., профессор ТФ Н.В. Смирнова. - Разработан энергоэффективный преобразователь напряжения, обеспечивающий оптимальные режимы работы энергоустановки. Проведены патентные исследования в соответствии с ГОСТ Р15.011-96. Исследованы физико-механические и коррозионные функциональные характеристики первых образцов биполярных пластин.

 

Следующий важный этап работы – испытания. Ученые уже подготовили площадку и закупили лабораторное оборудование, необходимое для проведения ПНИ. Все готово к испытаниям экспериментального образца и полетным испытаниям на беспилотном воздушном судне, в том числе - оборудование для проведения наземных (лабораторных) испытаний. С использованием пакетов прикладных программ «SolidWorks Flow Simulation» и «SolidWorks Simulation» разработчики провели параметрическое моделирование и нашли оптимальное конструкторское решение биполярной пластины, а также получили данные о распределении температурных полей и газовых потоков в зависимости от геометрии каналов и пластины в целом, внешних условий эксплуатации.

 

- Сейчас экспериментальный образец технологического оборудования обеспечивает изготовление одной биполярной пластины в течение не более 10 минут, - рассказала Н.В. Смирнова. – Мы подтвердили, что разработанные технологические режимы и оборудование позволяют изготавливать прочные биполярные пластины, с низким контактным сопротивлением и высокой коррозионной стойкостью. Такие технические параметры пластин обеспечат высокую удельную энергоёмкость энергоустановки, которая необходима для энергообеспечения беспилотных воздушных судов. До настоящего времени такое технологическое оборудования для массового производства компонентов топливных элементов в РФ не производилось.

 

По результатам исследований произведенных биполярных пластин подготовлена и принята к опубликованию в индексируемом в базах данных «WoS» и «Scopus» журнале “Russian Journal of Electrochemistry” научная статья. Разработки по проекту были представлены на мероприятиях выставки «ВУЗПРОМЭКСПО-2019».

Пресс-служба ЮРГПУ (НПИ)