Метка: InScience.News

Группа сотрудников лаборатории спектроскопии наноматериалов ФИЦ проблем химической физики и медицинской химии РАН получила патент на созданный ими новый композитный аэрогель на основе графена и политетрафторэтилена (тефлона), который может найти свое применение в ликвидации разливов нефтепродуктов, в том числе в арктических зонах. Официальное название изобретения — «Супергидрофобный сорбент для экологической очистки суши и водных объектов от разливов нефти и нефтепродуктов и способ его получения».

«Работы в этой области наша группа начала в 2019 году, через два года была подана заявка на патент, и только сейчас мы его получили. Запатентован сам сорбент и способ его получения», — говорит создатель материала Сергей Баскаков, старший научный сотрудник лаборатории спектроскопии наноматериалов.

Сорбент имеет плотность всего 8 граммов на литр. Сорбент супергидрофобен, угол смачивания достигает 169 градусов, он прекрасно впитывает нефть и нефтепродукты (нефть, бензин, керосин, органические растворители — в том числе и в смеси с водой), за счет чего его можно использовать для их сбора как с поверхности земли, так и с водных объектов. При этом сорбент воду не впитывает и сохраняет плавучесть практически неограниченно по времени.

«Для заявки на патент мы разработали более простой способ восстановления оксида графена в аэрогеле, оставив только термическую обработку. Однако пока что это сравнительно более дорогой сорбент по сравнению с другими, но его стоимость компенсируется другими уникальными свойствами — супергидрофобностью, высокой емкостью (до 61 грамма нефти на 1 грамм сорбента) — выше, чем у промышленно выпускаемых сорбентов — и возможностью повторного использования (в случае с растворителями сорбционные свойства восстанавливаются почти на 100%). Кроме этого, сорбент работает и в динамических условиях, например в случае шторма. К тому же у него очень хорошее удержание нефти», — говорит Сергей Баскаков.

По словам разработчиков, к аэрогелю уже есть интерес со стороны российского бизнеса — как со стороны нефтяных компаний, так и со стороны производителей сорбентов.

«Работы по графеновым материалам, сначала в Институте проблем химической физики, а теперь уже и в ФИЦ, ведутся уже второй десяток лет. Это часть широких компетенций и интересов наших исследователей, которые мы всегда стараемся довести до практического результата — как это произошло и в случае с патентом на новый аэрогель», — говорит заместитель директора ФИЦ ПХФ и МХ РАН, доктор химических наук Эльмира Бадамшина.

Материал подготовлен при финансовой поддержке Минобрнауки России в рамках федерального проекта «Популяризация науки и технологий».

Источник материала: InScience.News

Мультироторный летательный аппарат с источником энергии на основе водородных топливных элементов представил научный коллектив российских разработчиков из Центра компетенций НТИ по технологиям новых и мобильных источников энергии ФИЦ ПХФ и МХ РАН (г. Черноголовка) и молодежной лаборатории перспективной энергетики Института электродвижения МФТИ (г. Долгопрудный). Продемонстрировано 2–4-кратное преимущество в энергоемкости энергоустановок на основе топливных элементов перед литий-ионными аккумуляторами. По итогам испытаний время непрерывного полета составило 2,5 часа.

Суперактуальная на текущий момент сфера применения водородного топлива — беспилотная техника, и в первую очередь авиация. Именно там решающим фактором является время работы, обеспечиваемое источником питания.

Главное преимущество энергоустановок на основе водородных топливных элементов — высокая удельная энергоемкость по сравнению с аккумуляторами, что обеспечивается высоким КПД топливных элементов.. Достигнутые значения энергоемкости составляют 550–750 Вт·ч/кг. Это в 2–4 раза превышает энергоемкость современных аккумуляторов, что обеспечивает пропорциональное увеличение автономности беспилотной техники.

Межвузовская коллаборация ученых Федерального исследовательского центра проблем химической физики и медицинской химии РАН и МФТИ разработала пилотный образец мультироторного летательного аппарата с источником энергии на основе водородных топливных элементов условиях Арктики.

«Источник питания дрона — две батареи топливных элементов мощностью 1 киловатт. Топливо для них — это водород, находящийся в баллоне высокого давления. Такая энергоустановка может обеспечивать непрерывный полет аппарата длительностью до 2,5 часа. Если тот же аппарат питать от литий-ионных аккумуляторов, то для обеспечения этого времени полета его придется периодически сажать, менять или заряжать аккумуляторы, либо запускать одновременно несколько аппаратов, что делает процесс более затратным. Конструкция имеет взлетный вес до 15 кг, может нести полезную нагрузку до 2 кг, скорость полета до 50 км/ч», — рассказал руководитель проекта, руководитель Центра компетенций НТИ ФИЦ ПХФ и МХ РАН Алексей Левченко.

Разработчики подчеркивают, что для легкой беспилотной техники использование топливных элементов с водородом в качестве топлива на сегодняшний момент весьма оправдано. Кроме того, созданные для водородного летательного аппарата топливные элементы могут использоваться не только в авиации, но для решения широкого спектра задач — портативного электроснабжения, зарядки гаджетов, для электровелосипедов в качестве источника энергии, далее они могут внедряться даже в составе небольших электростанций. Но пока основной проблемой для внедрения водородных технологий в нашей стране можно считать отсутствие заправочной инфраструктуры.

«У нашей разработки есть ряд очевидных преимуществ: одно из основных — потенциальная возможность работы при отрицательных температурах. Топливные элементы отличаются от других источников энергии абсолютной экологической безопасностью, поскольку в процессе работы выделяются только пары дистиллированной воды, которую можно даже пить», — добавил руководитель молодежной лаборатории Дмитрий Гребцов.

Принцип работы топливных элементов известен уже более 150 лет, однако только в последние десятилетия характеристики энергоустановок на их основе достигли значений, обеспечивающих конкуренцию как с ДВС, так и с аккумуляторами. Это произошло за счет улучшения характеристик как самих топливных элементов, так и сопутствующего оборудования, в частности баллонов высокого давления.

Современные топливные элементы по многим параметрам превосходят литий-ионные аккумуляторы, однако их достаточно сложно и дорого изготавливать, в том числе из-за высокой стоимости ионообменных мембран.

Ионообменная мембрана — один из важнейших компонентов топливных элементов. Технологии ее создания стратегически важны для отечественной промышленности на текущий момент, в частности для полного цикла создания отечественных водородных энергоустановок для транспорта и беспилотной техники.

Молодые ученые МФТИ активно разрабатывают и планируют в ближайшее время внедрить в производство технологию создания протон-проводящих мембран на базе перфторированных сульфокатионитных полимеров, пригодных для изготовления современных водородных топливных элементов.

Источник материала: Пресс-служба МФТИ

Российские исследователи из ФИЦ проблем химической физики и медицинской химии РАН (Черноголовка) предложили использовать добавку оксида графена в парафин, для того чтобы сделать простой и быстро «заряжающийся» термоаккумулятор. Статья, написанная в соавторстве с коллегами из ФИЦ химической физики РАН и Центральным южным университетом Чанша в Китае, опубликована в Journal of Composite Science.

Создание материалов, способных накапливать и хранить тепло, — актуальная задача для современной науки о материалах. Один из достаточно простых способов — парафиновые грелки, которые можно нагревать на водяной бане. Однако такой термоаккумулятор заряжается не очень быстро. Стандартный способ быстро «влить» тепло в вещество — использование микроволн — в данном случае не подходит, поскольку парафин в микроволновке не нагревается.

Авторы работы предложили модифицировать парафин добавкой небольшого количества восстановленного оксида графена. Эксперимент показал, что добавка всего 0,3% оксида графена по массе не только полностью окрашивает парафин в черный цвет, но и меняет его свойства в отношении микроволн. В эксперименте модифицированный и немодифицированный парафины одинаково медленно нагревались на водяной бане, однако в микроволнах обыкновенный парафин за две минуты нагрелся всего до 32 °C, а композит с оксидом графена — до 74 °C, после чего медленно отдавал тепло.

«Накопление тепла в подобном аккумуляторе происходит за счет фазового перехода “твердое вещество — жидкость” при плавлении парафина. При этом тепло аккумулируется и отдается при остывании парафина, то есть при обратном фазовом переходе. Наша работа решает важную проблему создания быстрозаряжаемых бытовых термоаккумуляторов, которые можно использовать, например, как грелку», — прокомментировал исследование его руководитель, старший научный сотрудник Лаборатории спектроскопии материалов ФИЦ ПХФ и МХ РАН Сергей Баскаков

Источник материала: InScience.News