Конкурсы. Гранты. Федеральные целевые программы.

 

Номер Соглашения Электронного бюджета: 075-15-2019-1850, Внутренний номер соглашения 05.604.21.0248

Тема: «Мобильные энергоустановки на водородных топливных элементах киловаттного класса мощности: разработка новых материалов, технологий, технологического оборудования»

Приоритетное направление:

Критическая технология:

Период выполнения: 02.12.2019 - 30.09.2020 Плановое финансирование проекта: 37.50 млн. руб.

Бюджетные средства    30.00 млн. руб., Внебюджетные средства 7.50 млн. руб.

Получатель: федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова"

Индустриальный партнер: Общество с ограниченной ответственностью "ПТЕРО"

Ключевые слова: Мобильные энергоустановки, топливные элементы, беспилотные авиационные системы, беспилотные воздушные суда, биполярные пластины, мембранно-электродный блок, технологии изготовления, технологическое оборудование



     Цель проекта

Получение значимых научных результатов и разработка новых технологий мирового уровня в области экологически безопасной энергетики, в частности технологии твердополимерных топливных элементов, позволяющих создать технологическое оборудование и вывести на рынок мобильные энергетические установки киловаттного класса мощности для беспилотных авиационных систем и робототехники.

Основные результаты проекта

Выполнен аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему, исследуемую в рамках ПНИ.

Разработана биполярная пластина для твердополимерных топливных элементов, предназначенных для энергообеспечения беспилотных воздушных судов.

Обоснованы технологические режимы обработки материалов при изготовлении биполярных пластин.

Разработано и изготовлено технологическое оборудование для изготовления биполярных пластин, в том числе: эскизная конструкторская документация и экспериментальный образец технологической линии изготовления биполярных пластин для твердополимерных топливных элементов, предназначенных для энергообеспечения беспилотных воздушных судов.

Разработаны программа и методики испытаний и проведены испытания экспериментального образца технологической линии изготовления биполярных пластин для твердополимерных топливных элементов, предназначенных для энергообеспечения беспилотных воздушных судов.

Разработан энергоэффективный преобразователь напряжения, обеспечивающий формирование заданной внешней характеристики и оптимальные режимы работы энергоустановки на твердополимерных топливных элементах.

Проведены патентные исследования в соответствии ГОСТ Р15.011-96.

Исследованы физико-механические и коррозионные функциональные характеристики произведенных с использованием экспериментального образца технологической линии изготовления биполярных пластин.

Выполнены работы по подготовке площадки и закуплено лабораторное оборудование, необходимое для проведения ПНИ. Проведены работы по подготовке к испытаниям экспериментального образца энергоустановки на твердополимерных топливных элементах на испытательном стенде и полетным испытаниям на беспилотном воздушном судне, в том числе подготовлено оборудование для проведения наземных (лабораторных) испытаний, разработаны программы и методики наземных и летных испытаний экспериментального образца энергоустановки на твердополимерных топливных элементах.

С использованием пакетов прикладных программ SolidWorks Flow Simulation и SolidWorks Simulation проведено параметрическое моделирование и обосновано оптимальное конструкторское решение биполярной пластины; получены данные о распределении температурных полей и газовых потоков в зависимости от геометрии каналов и пластины в целом, внешних условий эксплуатации энергоустановки на основе твердополимерных топливных элементов, предназначенной для энергообеспечения беспилотного воздушного судна.

Разработанные технологические решения (технологические режимы обработки материалов и изготовленное технологическое оборудование) обеспечивают изготовление биполярных пластин из листового металла толщиной от 0,03 до 0,15 мм, характеризующиеся заданными геометрическими параметрами и профилем каналов с предельным отклонением 0,2 мм, отсутствием в составе биполярных пластин благородных металлов и удельным весом не более 0,2 г/см2 биполярной пластины. Экспериментальный образец технологического оборудования обеспечивает изготовление одной биполярной пластины в течение не более 10 минут. Экспериментально подтверждено, что разработанные технологические режимы и оборудование позволяют изготавливать биполярные пластины, которые характеризуются высокими прочностными свойствами, низким контактным сопротивлением и высокой коррозионной стойкостью в условиях эксплуатации топливных элементов. Такие технические параметры биполярных пластин обеспечат высокую удельную энергоёмкость энергоустановки на водородных топливных элементах, которая необходима для энергообеспечения беспилотных воздушных судов. До настоящего времени технологическое оборудования для массового производства компонентов топливных элементов в РФ не производилось.

По результатам исследований произведенных биполярных пластин подготовлена и принята к опубликованию в индексируемом в базах данных WoS и Scopus журнале “Russian Journal of Electrochemistry” статья. Разработки по проекту представлены на мероприятиях выставки «ВУЗПРОМЭКСПО-2019» (г. Москва, ТВК «Экспоцентр», 11-12 декабря 2019г.). Средний возраст исследователей составил 35 лет, доля научных сотрудников в возрасте до 39 лет - 68%.

Состав и результаты выполненных работ удовлетворяют условиям Соглашения о предоставлении субсидии, в том числе Техническому заданию и Плану-графику исполнения обязательств.

 

 

     Охраноспособные результаты интеллектуальной деятельности (РИД), полученные в рамках прикладного научного исследования и экспериментальной разработки

На данном этапе создание РИД не предусмотрено.

     

     Назначение и область применения результатов проекта

Проект направлен на преодоление технологических барьеров на пути создания новых продуктов для перспективных рынков, в том числе Энерджинет, Автонет, Маринет, Аэронет в рамках сквозной технологии «Новые и портативные источники энергии». Среди наиболее перспективных источников энергии выделяются топливные элементы, использующие водород в качестве топлива. В 2018 г. в мире реализовано 42,6 тыс. шт. энергоустановок на топливных элементах суммарной мощностью 803,1 МВт, что отражает существующую потребность в эффективных экологически чистых установках различного мощностного диапазона. Создаваемое в настоящем проекте технологическое оборудование для производства твердополимерных топливных элементов позволит организовать в РФ производство энергоустановок киловаттного класса мощности, предназначенных для энергообеспечения различных беспилотных авиационных систем, а также в перспективе для мобильных сервисных роботов. Мировой рынок беспилотных авиационных систем к 2035 г. составит более $200 млрд, при этом доля России на этом развивающемся рынке может составить более $35–40 млрд. Более $10 млрд прогнозируемый объем мирового рынка профессиональной сервисной робототехники, например, для автоматизации складской логистики. Для этих устройств использование энергоустановок на водородном топливе, является необходимым условием как с экономической (длительность полетов/автономной работы в разы превышает возможные показатели для систем на иных накопителях/источниках энергии), так и с экологической (отсутствие вредных выбросов, единственный побочный продукт - чистая вода) точек зрения.


     Эффекты от внедрения результатов проекта

Развитию рынка энергоустановок на топливных элементах в России препятствует их высокая стоимость, которая обусловлена, в том числе, отсутствием технологий изготовления компонентов и современного технологического оборудования. Реализация проекта обеспечит организацию производства изделий, способных конкурировать не только на российском, но и на мировом рынке энергоустановок на топливных элементах. Широкое внедрение энергоустановок на водородных топливных элементах приведёт к существенному уменьшению отрицательного техногенного воздействия на окружающую среду и повышению качества жизни населения страны.


     Формы и объемы коммерциализации результатов проекта

На данном этапе коммерциализация результатов проекта не предусмотрена

 

     Наличие соисполнителей

Соисполнитель работ по проекту ООО НПП «Интор»