Technológiai felszállás
Az „innovációs műhelyek” FIEP RUSNANO és MSU foglalta össze a verseny „My laborban.” Örömünkre szolgál, hogy közzéteszi a legjobb munkát.
Másik érdekes történet elkötelezett a Laboratórium Solid State ionosak IPCP RAS Chernogolovka.
A kora XIX században kísérletileg talált jelenség magas ionvezetést szilárd testek, hasonló a vezetőképesség a folyadék elektrolit oldatok [1]. A felfedezés ez a jelenség annak tulajdonítható, hogy a munkát a brit kutató Humphrey Davy (Humphry Davy, 1778-1829) (1. ábra), aki megfigyelte, hogy a száraz szilárd alkálifém-vegyületek, amelyek nem vezetők, még egy kis párásítás vezetővé válik. Az elkövetkező 200 évben, a jelenség a magas ionos vagy superionnoyprovodimosti volt a tárgya figyelmet a kutatók a különböző területeken a tudomány (szervetlen és szerkezeti kémia, elektrokémia, fizika), képződéséhez vezet egy független irányba megkapta a nevét „Ionic szilárdtest” [2, 3].
Érdeklődjön a tanulmány vezető tulajdonságai a szilárd anyagok, amelyek később vált ismertté, mint a „szilárd elektrolitok” nem véletlen. Ez okozza nemcsak az alapvető okainak azonosítására a természet a superionic vezetőképesség és a kapcsolata a kristályszerkezete az anyag, hanem a lehetőséget a további technológiai felhasználásuk létrehozásában szilárdtest elektrokémiai eszközök különböző célokra: kémiai forrásokból, üzemanyagcellák, gáz érzékelők, elektrokróm átalakítók, elektrokémiai membránok, stb .D.
2. ábra: Összehasonlító mérete a modern elektronikai alkatrészek (bal) és egy nyomtatott áramköri lemez kapott SMT technológia (jobbra).
Ugyanakkor a hatékony működését elektronikus szerkentyű nem lenne lehetséges anélkül, hogy a javulás az energiaforrások, ami szintén kiszabott szigorú követelményeket nem csak a súly és méret, hanem az energiafogyasztás és a hosszú távú működését. Jelenleg, lítium-ion akkumulátorok (3.), Amelynek célja, hogy teljesítményt ad hordozható elektronikai, elfoglalják a vezető helyét a világban annak előfordulása. De anélkül, hogy az alapvető tudományos felfedezések terén az elektrokémia és anyagi lét az ilyen eszközök lehetetlen lenne.
A területen a biztonsági energia rendszerek hordozható elektronikus eszközök, amellett, hogy a javulás a jellemzőit lítium-ion akkumulátorok, a cég aktívan részt vesz a fejlesztési hidrogén-levegő szilárd polimer üzemanyagcellák. Az egyik legfontosabb pontokat, amelyek meghatározzák a kilátások Ezen fejlemények jelentős energiatartalma az üzemanyagcella, amely többször is nagyobb, mint a legfejlettebb lítium-ion akkumulátorokat. Az egyik vezető fejlesztő hatalmi rendszerek alapja a szilárd polimer üzemanyagcellák Oroszországban Laboratóriumában szilárdtest ionosak (litt) Az intézet az Orosz Tudományos Akadémia (IPCP) problémái Chemical Physics.
II. Története a Laboratórium szilárdtest ionosak
A laboratórium 1964-ben alapított kezdeményezésére akadémikus AN Frumkin Intézet Elektrokémiai a készítményben a Szovjetunió Tudományos Akadémia, mint a laboratóriumi Elektrokémiai olvadt sók, professzor által vezetett Eugene A. Ukshe (ábra. 4) [4-5]. 1967-ben, a laboratórium került át az Institute of New Chemical problémák Academy of Sciences (AN PCP) USSR (Chernogolovka) osztály fizikai kémia és a technológia a szervetlen anyagok Szovjetunióban. Alapvető tudományos problémákat megoldani a kémia területén olvadt sókat tartalmazó kapacitásának meghatározását a kettős elektromos réteg olvasztott sók, a tanulmány az elektrokémiai folyamatok a fém / ionos olvadék és tanulmányozása kinetikájának klór feloldódni olvadt kloridok.
Történelmileg, hogy együtt a változás irányát tudományos kutatás megváltoztatta a nevét, a laboratóriumban. 1975 óta a laboratórium átalakul a Laboratórium Elektrokémiai szilárd elektrolitok. Belül a „szilárd elektrolit” alanyok végzett tanulmányok a szintézisét és tulajdonságait a szilárd elektrolit nagy vezetőképességű (superionic vezeték) és a nem-fémes elektróda anyagokat kevert elektronikus-ionos vezetőképesség (oxid bronz). Egyik legjelentősebb eredménye az időszak lehet azonosítani: szerezzen új anyagok magas ion vezetőképesség Li +. Na +. K +. Cu + és H +; fejlett módszerek a kvantitatív leírása a két-fázisú ingerületvezetési (osztott) és a mátrix struktúrák superionic-fém-dielektrikum superionic és polikristályos superionic vezetékek; A kvantitatív modell az adszorpciós relaxációs elektromos kétrétegű a szilárd elektrolit; felfedezett és kísérletileg bizonyította függése az elektron kilépési munkáját a természet a superionic elektróda transz látható az egyik elektróda környezetéből a másik keresztül kinetikai jellemzői az elektronikus alrendszer superionic.
Az elmúlt öt évben a tudományos tevékenység Evgeny Alekszandrovics Ukshe szenteltek elektrohimicheskoysensorike. Ebben az összefüggésben, 1989-ben, a laboratóriumi átkeresztelték a Laboratórium Elektrokémiai érzékelő szerkezetek. Ez az irány szorosan kapcsolódó egyik alapvető probléma a természetes - létezése Enio többfázisú szerkezetek, a környezet, amelyben a kémiai reakció a fázishatáron gáz / szilárd Alter energia és fiziko-kémiai jellemzői a szilárd szerkezet. Ez a tanulmány célja az volt, megszerzésére anyagok szilárdtest elektrokémiai érzékelők, a tanulmány az információs átviteli problémák az átalakítás során a kémiai vagy mechanikai energiát elektromos energiává a lítium-elektronikus szerkezetek, és a fejlesztés a szilárdtest-érzékelő szerkezetek (ábra. 5). Felhalmozódott gazdag kísérleti adatokat a tulajdonságai a szilárd elektrolitok és vegyes típusú elektronikus-ionos vezetők, valamint a sajátosságaival elektrokémiai folyamatok az elektród / szilárd elektrolitot áttehetünk irányított fogadó anyagok szilárdtest elektrokémiai érzékelők. A Ezen tanulmányok eredményeként már a fejlesztés az alacsony hőmérsékletű szilárdtest elektrokémiai rendszerek szelektív módon és nagy érzékenységgel, hogy meghatározzuk a hatóanyag koncentrációja a gáz, mint például: H2. H2S, CO és CO2 levegőn szobahőmérsékleten. Együttműködve „ELINS” jöttek létre hordozható érzékelők kimutatására hidrogén koncentrációja. Ezek az eszközök lehetővé teszik, hogy végezzen egy egyszeri azonosítása és folyamatos megfigyelése hidrogén a levegőben. Túllépése esetén egy adott gáz koncentrációja az a készülék által észlelt értesíti a hang és fényjelzés.
5. ábra: Kísérleti minta hidrogén-érzékelő létrehozott együtt „ELINS» Ltd. [5].
6. ábra: Head Laboratory szilárdtest Ionics professzor Y. Dobrovolszkij (fotó egy cikket az új technológiák kerülnek bevezetésre, a repülőgépek).
- alacsony hőmérsékletű kationprovodyaschie szilárd elektrolitok és vegyes elektronikus ionos vezetékek: szintézis, szerkezete és tulajdonságai a vizsgálat;
- proton-vezető polimer, és a kompozit membrán superprotoniki: szintézis, szerkezete és tulajdonságai a vizsgálat;
- ion transzfer mechanizmus szilárdanyag: Egy kísérleti vizsgálat és az elméleti modellezés;
- elektronikus viselkedés határait (vegyes) vezető / szilárd elektrolit különböző gázközegekben;
- berendezések és vizsgálati módszerek elektróda folyamatok alapján szilárd elektrolit rendszerek;
- félvezető oxid kalkogenid és az elektróda anyagok: felületi morfológia, adszorpciós és kémiai folyamatok a felületi rétegek;
- Alacsony hőmérsékletű üzemanyagcellák: előállítása és vizsgálata a tulajdonságok superprotonic membránok, elektróda anyagok és elektrokémiai folyamatok;
- alacsony hőmérsékletű gáz érzékelők alapuló szilárd elektrolitok: prototípusok és meghatározzuk működését.
III. A hidrogén-levegő üzemanyagcellák, szilárd polimert
Az energetikai rendszerek elve az üzemanyagcellás (FC), valamint a javulás a lítium-ion akkumulátor energia egyik prioritása a modern energia. Az alapvető működési elvek az FC először bizonyította angol felfedező, William Grove (William Grove, 1811-1896) már 1839 a vizsgálat a víz elektrolízise (7.). Grove Megfigyeltük, hogy a víz elektrolízisével áramkimaradás után az áramkörben egy kis áram folyik az ellenkező irányba, ami annak az eredménye a reakció termékei között elektrolízis (hidrogén és oxigén), által katalizált platina elektródákat. Kutatta a lehetőségét egy soros kapcsolat több alkotó sejtek ezáltal egy gáz galvanikus elem (7.).
7. ábra: William Grove és hidrogén-levegő galvanikus akkumulátor
Üzemanyagcellák alapján a szilárd polimer elektrolit proton, gyakran említett protonobmennymi membránokat (protoncserélő membrános - PEM), az egyik leghatékonyabb eszköz, amely konvertálja a kémiai energiát elektromos energiává alakítja. Egyetlen tüzelőanyag-cella áll pórusos elektródok (anód és a katód) elválasztva egy proton-vezető membrán típusú gáztömör Nafion ® (ábra. 8). Egy ilyen rendszer, összegyűltek, az úgynevezett membrán elektróda (MEA). A hidrogén reagál az anódoldalon, mivel oxigénnel (a levegő) - a katódon. Ennek eredményeként ezek a reakciók, egyenáram egy külső áramkörben fordul elő. Így egyetlen reakcióterméket víz. TE-alapú PEM hogy dolgozzon ki egy nagy teljesítménysűrűség (
1 W / cm 2). Továbbá, ezek jellemzője a magas dinamikája működés közben - után szinte azonnal a kijárat névleges teljesítmény üzemmódban. A energia mennyisége változhat néhány mW kW függően tervezési és célja TE.
8. ábra diagramja a tüzelőanyag-cella egy polimer membrán protonobmennoy.
A fejlesztés a szilárd polimer üzemanyagcellák nem lenne lehetséges anélkül, hogy a nanotechnológia alkalmazását. Ez elsősorban a létrehozását nagymértékben nanostrukturált katalizátorok (ábra. 9) (átmenet nanokatalizátorok biztosítja a növekedés az elektrokatalitikus aktivitás, csökkentett platinacsoportbeli fém áramlását és növeli eszköz élettartama) [6-8]. Ezen kívül nanotechnológia széles körben használják előállítására nanoszerkezetű membránok, amelyek használják a rendszerekben a hidrogén és tisztítása, valamint a hidrogén-érzékelők [9, 10]. Meg kell jegyezni, a nanotechnológia alkalmazását az előállítására nanoméretű anyagok, amelyek alapján hidrogén akkumulátorok nagy kapacitású hidrogénatom [11, 12].
9. ábra platina nanorészecskék támogatott szén nanocsövek [7].
A fő használatának előnyei az üzemanyagcellák olyan nagy hatásfokú működik (40-60%), a környezeti biztonság, zajtalanul működik, valamint a használata, mint egy üzemanyag - hidrogénatom, ami nagyon kényelmes energiaforrás, miatt széles lehetőségeit generációs [13].
Ezek az okok és oka átmenet ígéretes energiatermelés alapuló rendszerek üzemanyagcellák, amelynek alapja a magas hidrogén üzemanyag konverziós hatékonysága és környezetbarát.
IV. Kilátásai fejlesztése laboratóriumi: tartalék áramfejlesztő rendszer alapján hidrogén-levegő üzemanyagcellák
Jelenleg a hangsúly a végzett munka a Laboratórium Szilárdtest ionosak eltolódott a fejlesztés technológiai alapjait a hidrogén-levegő tüzelőanyag. Irányítása alatt a professzor Jurij Anatoljevics Dobrovolszkij Laboratory működik létrehozására elektrokémiai energiatároló generátorok alapuló hidrogén-levegő üzemanyagcellák teljesítmény akár 1 kW.
A termelés a tüzelőanyag-cella alapján Laboratórium telepített technológiai területek, többek között:
- szintézise katalizátorok és katalizátor gyártási festék;
- alkalmazó katalizátorok ultrahangos porlasztást módszer (10. ábra);
- gyártási membrán-elektród szerelvények (MEA) meleg sajtolással;
- tesztelése elektrokémiai katalizátorok aktivitása és jellemzői mérési számosságú OIE (ábra11);
- Maró és fúró gépek prototípus és gyártás kísérleti modellek üzemanyag tüzelőanyagcelláinak;
- 3D prototípus berendezés tüzelőanyag cellakötegek;
- összeszerelése és vizsgálata üzemanyagcella stack.
10. ábra táblázat alkalmazási rendszer Prism Ultra Coat bevonatok. Deposition katalitikus tinta a gázdiffúziós réteg. (Fotó egy cikket a New technológiák kerülnek bevezetésre, a repülőgépek)
11. ábra állvány Greenlight Innovation elektrokémiai vizsgálati membrán-elektród szerelvények a hidrogén-levegő üzemanyagcellák. (Fotó egy cikket a New technológiák kerülnek bevezetésre, a repülőgépek)
Viszonylag rövid ideig (körülbelül egy év) laboratóriumi csapat kidolgozott eredeti tervezési struktúrák akkumulátor szilárd polimer üzemanyagcellák (12.), És kidolgozta a technológiai lépésben egy többszakaszos szerelvény. Használata révén a modern high-tech berendezések, lehetett elérni reprodukálható elektrokémiai tulajdonságait a tüzelőanyag-cella és szervezni a saját félig ipari termelés. Végrehajtásának ez a munka nem jöhetett volna létre a közös erőfeszítések által litt IPCP, KLA CIAM. PI Baranov, "Izhmash-pilóta nélküli rendszerek" és "AFM-Servers". Lehetséges fejlesztett alkalmazások elektrokémiai generátorok az üzemanyagcellás tápegység lehet egy mobil eszközök, mint a pilóta nélküli légi járművek (13.).
12. ábra: Az akkumulátor szilárd polimer üzemanyagcellák által létrehozott csapat ionosak Laboratórium professzor által vezetett Solid State Yu Dobrowolski (fotó egy cikket a New technológiák kerülnek bevezetésre, a repülőgépek)
13. ábra: Az akkumulátor behelyezése szilárd polimer üzemanyagcellák a pilóta nélküli légi járművek (fotó egy cikket a New technológiák kerülnek bevezetésre, a repülőgépek)
VI. Irodalom
Tanulási tapasztalatok terén a nanotechnológia Technopreneurship
Ebben a felmérésben, kérünk, hogy a tapasztalatok megosztása és a hozzáállás nanotechnológia Technopreneurship és a kapcsolódó területeken. Előre köszönöm a közömbös!
Projekt munka
Ma már egyre népszerűbb az úgynevezett projekt munka diákok, de vannak nagyon eltérő véleményeket e tárgyban. Hálásak lennénk, ha tudna röviden kifejtette véleményét ebben a kérdésben szavazás. Köszönöm előre!