Институт проблем технологии микроэлектроники и особочистых материалов Российской академии наук  
ОБ ИНСТИТУТЕ   СТРУКТУРА   НАШИ КООРДИНАТЫ   ПЛАНЫ   НАПРАВЛЕНИЯ   УЧЕНЫЙ СОВЕТ   УЧАСТИЕ В ФЦП   ДИССЕРТАЦИОННЫЙ СОВЕТ   КОНКУРСЫ/ВАКАНСИИ   ТОРГИ   АСПИРАНТУРА   ШКОЛЫ И КОНФЕРЕНЦИИ   СЕМИНАРЫ   НОВОСТИ   ВНЕШНИЕ КОНКУРСЫ   СОУТ   ПРОТИВОДЕЙСТВИЕ КОРРУПЦИИ   АНТИМОНОПОЛЬНОЕ   ЮБИЛЕЙНЫЙ СБОРНИК "ИПТМ 35 ЛЕТ"  
 СПИСОК | НОВОСТИ 

СОГЛАШЕНИЕ О ПРЕДОСТАВЛЕНИИ СУБСИДИИ С МИНИСТЕРСТВОМ ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ



слово,
как прописано:
Номер Соглашения о предоставлении субсидии: 14.607.21.0047
Тема: «Разработка технологии получения нанопористых материалов для контролируемого массопереноса жидкостей для применения в энергетике»
Приоритетное направление: Индустрия наносистем
Критическая технология: Компьютерное моделирование наноматериалов, наноустройств и нанотехнологий
Период выполнения: 25 августа 2014 г. - 31 декабря 2016 г.

  1. Цель прикладного научного исследования и экспериментальной разработки
    1. Проект направлен на решение задачи повышения плотности мощности прямых метальных топливных элементов за счет удаления молекул воды, образующихся на катоде и аноде в результате реакций окисления-восстановления.
    2. Целью проекта является разработка новых высокоэффективных нанопористых материалов нового поколения для прямых метанольных топливных элементов с увеличенной не менее чем на 20 % плотностью мощности в сравнении с известными аналогами.

  2. Основные результаты проекта
    1. Разработаны физическая и математическая модели процессов массопереноса жидкостей в нанопористых материалах под действием поверхностных акустических волн. На основании данных моделей разработана компьютерная программа для моделирования процессов массопереноса в наноструктурах.
      Изготовлены экспериментальные образцы нанопористых материалов (углеродные нанотрубки, графен). Экспериментальные образцы выращивались как на катализаторе, с последующими процедурами переноса на пьезоэлектрические подложки, так и при помощи нового метода прямого синтеза нанопористых материалов на поверхности пьезоэлектрика. По данному методу подана заявка на изобретение.
      Проведены экспериментальные исследования процессов массопереноса в нанопористых материалах в зависимости от параметров поверхностных акустических волн. Полученные результаты показывают, что параметры синтезированных материалов соответствуют требованиям Технического задания.
      Разработан макет топливного элемента, включающего наноматериал для массопереноса жидкости под действием поверхностных акустических волн.
      Проведены экспериментальные исследования характеристик потоков жидкостей в каналах наноструктур в зависимости от физических параметров наноструктур. Показано, что скорость потока жидкости по графеновому слою возрастает относительно скорости потока по чистой поверхности, в то время, как при движении по слою графен/углеродные нанотрубки скорость потока падает.
      Проведен цикл экспериментальных исследований массопереноса воды в каналах наноструктур, встраиваемых в катодную часть прямого метанольного топливного элемента. Полученные результаты показывают, что параметры модернизированной ячейки топливного элемента соответствуют требованиям Технического задания.
    2. Справедливость разработанных моделей была подтверждена контрольными экспериментами, которые показали, что экспериментальные результаты процессов массопереноса отличаются от модельных не более чем на 10%.
      Обнаружены взаимосвязи между процессами массопереноса жидкостей внутри нанотрубчатых систем и по межтрубчатому пространству, а также между параметрами поверхностных акустических волн и переносом заряда в тонкопленочных слоях графена. Так, при изменении напряжения на встречноштыревом преобразователе от 0 до 25 вольт, что соответствует изменению амплитуды поверхностных акустических волн в пределах от 0,0 до 1,8 ангстрем, ток в графеновой пленке изменяется от +0,1мкА до -0,8 мкА.
      Экспериментальные исследования процессов массопереноса жидкости в синтезированных нанопористых материалах показали, что данные материалы способны обеспечивать скорость перемещения фронта жидкости 5 см/с при плотности потока в каналах 5 ат/пс, что в 5 раз превышает требования Технического задания.
    3. Ряд результатов работы характеризуются элементами новизны научных и технологических решений, что подтверждено анализом опубликованных данных, который был проведен при формировании заявки на изобретение.
    4. Полученные результаты полностью соответствуют, а в некоторых случаях превышают, требования Технического задания. Так, достигнутая скорость перемещения фронта жидкости в 5 раз превышает требования ТЗ.
    5. Сравнение полученных результатов работы с аналогичными работами, проводящимися в ряде ведущих университетов США, показывает, что потенциальные результаты данной работы находятся на уровне ведущих мировых аналогов. Так, в Университете Коннектикута разработки топливного элемента характеризуются при нормальных условиях работы плотностью мощности 30 мВт/см2. В Университете Калифорнии при условиях принудительной подачи кислорода на катод топливного элемента плотность мощности достигает ~50 мВт/см2. В обоих случаях демонстрируется рост плотности мощности на уровне 15-20 %. Заявленная величина не превосходит значение, заложенное в ТЗ данного Соглашения.

  3. Охраноспособные результаты интеллектуальной деятельности (РИД), полученные в рамках прикладного научного исследования и экспериментальной разработки.
    Изобретение, заявка N 2015148249 от 10.11.2015 «Способ получения пленки графена на подложке», РФ.
    Изобретение, заявка N 2016126961 от 05.07.2016 «Прямой метанольный топливный элемент»", РФ.

  4. Назначение и область применения результатов проекта
    1. Результаты проекта могут быть использованы в таких отраслях науки и техники как: медицина, техника, сельское хозяйство, водородная энергетика.
    2. Результаты проекта могут быть применены в медицине для создания и развития устройств целевой доставки лекарств, протезов кровеносных сосудов; в технике для разработки сепараторов для сверхтонкого разделения смесей, микро- и нанонасосов, топливных элементов и т.д.; в сельском хозяйстве для микроирригации и очистки воды; в водородной энергетике для развития базы топливных элементов, очистки, накопления и хранения водорода.
    3. Полученные результаты могут оказать существенное влияние как на развитие научно-технических, так и на социальные аспекты жизни общества через изменение структуры производства и потребления товаров и услуг в соответствующих секторах рынка.

  5. Эффекты от внедрения результатов проекта
    Полученные результаты дадут основу для перехода к новым техническим решениям и развитию передовых производств в перечисленных выше отраслях науки и техники, что приведет к повышению производительности труда и улучшению социальных условий жизни в стране. Так, например, использование топливных элементов в качестве источников тока приведет к существенному переходу от углеводородной энергетики к энергетике возобновляемых источников.

  6. Формы и объемы коммерциализации результатов проекта
    1. Коммерциализацию полученных результатов планируется осуществлять на базе Индустриального партнера Приборный завод «Тензор» с ожидаемым производством продукции на уровне 40 000 шт в год.
    2. Объект коммерциализации . новый тип топливных элементов с увеличенной плотностью мощности за счет внедрения в его конструкцию элементов для удаления жидкости из области катода и анода.

  7. Наличие соисполнителей
    1. Работы по проекту осуществляются с привлечение 1го соисполнителя.
    2. Соисполнитель - Ассоциация делового сотрудничества в области передовых комплексных технологий «Аспект», 25.08.2014 - 30.06.2016.
           © ИПТМ РАН, 1996-2024