Ученые СПбГУПТД разработали углеродное волокно для топливных батарей российских самолетов

Ученые кафедры наноструктурных, волокнистых и композиционных материалов имени А.И. Меоса Санкт-Петербургского государственного университета промышленных технологий и дизайна (СПбГУПТД) разработали технологию создания углеродных волокон для изготовления газодиффузионных подложек — важнейших компонентов топливных батарей. Такие батареи используются для выработки электроэнергии в авиационной и космической технике, в подводных лодках, кораблях, электровозах, в коммунальном хозяйстве и других областях. Представленная учеными 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 легкого 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 ученых под руководством профессора кафедры наноструктурных, волокнистых и композиционных материаловимени 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 счет 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 ученых 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 ученые 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».