В СПбГУПТД создали новое углеродное волокно для топливных батарей российских самолётов
Учёные кафедры наноструктурных, волокнистых и композиционных материалов имени А.И. Меоса Санкт-Петербургского государственного университета промышленных технологий и дизайна разработали технологию создания углеродных волокон для изготовления газодиффузионных подложек, сообщает пресс-служба СПбГУПТД.
Газодиффузионные подложки – важнейший компонент топливных батарей, используемых для выработки электроэнергии в авиационной и космической технике, на подводных лодках, кораблях, электровозах, в коммунальном хозяйстве и других областях. Представленная учёными технология дешевле, технологически проще и экологичнее, чем зарубежные аналоги.
Сегодня в водородной энергетике для создания двигателей используются батареи топливных элементов, одним из компонентов которых являются газодиффузионные подложки. Это конструкции в виде лёгкого и прочного листового материала с высокой пористостью, хорошо пропускающего газы, с высокой электро- и теплопроводностью. В зарубежных аналогах газодиффузионных подложек используются углеродные волокна на основе полиакрилонитрила.
Вопрос импортозамещения в этой области решил коллектив учёных под руководством профессора кафедры наноструктурных, волокнистых и композиционных материалов имени А. И. Меоса СПбГУПТД Владимира Лысенко. Специалисты разработали новые углеродные волокна, которые обладают всеми необходимыми характеристиками на уровне мировых стандартов и даже превышают их.
«На данный момент в России углеродные волокна с высокой электро- и теплопроводностью в промышленных масштабах не производятся. За рубежом они изготавливаются из полиакрилонитрила при температурах порядка 2500–2800 °С по чрезвычайно сложной технологии. Мы поняли, что её необходимо упрощать за счёт выбора перспективного материала. В результате информационного моделирования и многокритериальной оценки мы определили, что наиболее перспективными являются углеродные волокна на основе полиоксадиазола. В ходе многочисленных экспериментов мы изготовили данные волокна и газодиффузионные подложки на их основе. Испытания показали, что наша разработка не только удовлетворяет самым высоким техническим требованиям, но и превосходит лучшие зарубежные аналоги», – рассказывает автор технологии, профессор СПбГУПТД Владимир Лысенко.
Технология учёных СПбГУПТД и более экологически чистая. Термическая обработка при изготовлении углеродных волокон из полиакрилнетрила приводит к выделению высокотоксичных цианидов, чего не происходит при их изготовлении из полиоксадиазола. К тому же учёные доказали, что для создания газодиффузионных подложек по их технологии можно использовать даже неутилизируемые отходы текстильных предприятий. Но основное преимущество в цене: разработка позволяет создавать углеродные волокна минимум на 30% дешевле, чем зарубежные аналоги.
«Достоинства нашей технологии по сравнению с зарубежными состоят в том, что нам не надо изготавливать полимерные волокна из дорогого сверхчистого полиакрилнейтрила, проводить их предокисление и вытяжку на всех этапах производства, – отметил Владимир Лысенко. – При этом температуру изготовления углеродных волокон мы снизили с 2500–2800 °С до 2200 °С. Таким образом, мы исключаем из традиционно существующего производственного цикла несколько технологических этапов. Это снижает затраты на производство, и как следствие – снижается себестоимость углеродных волокон и газодиффузионных подложек на их основе».
Фотографии предоставлены пресс-службой СПбГУПТД.