Эксπир
Регистрация / Вход

Разработка микротопливных элементов на основе пористого кремния и наноструктурированных материалов с использованием оригинальных отечественных нанотехнологий и промышленных технологий микроэлектроники

Стадии проекта
Предложение принято
Конкурс завершен
Проект закончен
Проект
02.527.12.9016
Организация
ФТИ им. А.Ф.Иоффе
Руководитель работ
Гуревич Сергей Александрович
Продолжительность работ
2007 - 2008, 11 мес.
Бюджетные средства
70 млн
Внебюджетные средства
80 млн

1. Разработка конструкции и технологии серийного производства нового поколения компактных источников питания (КИП) на основе микротопливных элементов (МТЭ), экологически чистых и обладающих более высокой удельной энергоемкостью по сравнению с традиционными батареями и аккумуляторами.
2. Подготовка серийного производства КИП МТЭ на отечественных предприятиях с производительностью на стартовом этапе (2009 г.) не менее 300 000 изделий в год.
3. На основе базового варианта КИП МТЭ мощностью 2 Вт разработка праметрического ряда КИП на диапазон мощностей от 0,1 Вт до 50 Вт.
4. Разработка источников топлива на основе водорода, этанола и других спиртов, в том числе и биологического происхождения

Соисполнители

Организация
ООО "Вириал"
Организация
ОАО "Пластполимер"
Организация
ИПХФ РАН
Организация
ОИВТ РАН

Предложения

“Разработка микротопливных элементов на основе пористого кремния и наноструктурированных материалов с использованием оригинальных отечественных нанотехнологий и промышленных технологий микроэлектроники”.
Тема
“Разработка микротопливных элементов на основе пористого кремния и наноструктурированных материалов с использованием оригинальных отечественных нанотехнологий и промышленных технологий микроэлектроники”.
Входящий номер
4229
Руководитель проекта
Информация отсутствует

Этапы проекта

1
15.11.2007 - 07.12.2007
Краткое описание выполненных работ:
- Разработана технология приготовления высокоактивных наноструктурированных катализаторов (для базового воздушно-водородного варианта КИП). Катализаторы синтезированы и проведены их испытания в модельных условиях;
-Разработана технология изготовления тонких влагонезависимых мембран;
-Разработана технология МЭБ. Изготовлены и испытаны образцы МЭБ;
-Разработана технология создания батарей МТЭ. Изготовлены и испытаны батареи МТЭ;
- Разработаны конструкции, изготовлены и испытаны компактные источники водорода;
- Разработаны схемные решения, изготовлены и испытаны компактные электрические DC/DC преобразователи;
-Разработана запорная микроарматура для КИП;
- Разработаны катализаторы глубокого окисления этанола и проведены их испытания в модельных условиях;
-Разработаны программы и методики испытаний компонентов КИП;
- Проведены сравнительные испытания различных вариантов компонентов КИП.
Развернуть
2
08.12.2007 - 31.12.2007
Разрабатываемое в данном проекте изделие – компактный источник питания на основе микротопливных элементов (КИП МТЭ), является самостоятельным портативным источником питания с выходной мощностью 2 Вт и энергоемкостью 6 Втч. Основные компоненты в составе изделия:
• Мембранно-электродные блоки (МЭБ);
• Источник топлива – водородный картридж (ВК);
• Газовые микроклапаны;
• Преобразователь напряжения (DC/DC преобразователь);
• Батарея микротопливных элементов (БМТЭ).
На 2 этапе работ (эскизный проект на изделие в целом), в соответствии с Техническим заданием и Календарным планом выполнены следующие работы.
По бюджетной части:
- Проведены инженерные расчеты и сравнительная оценка рассматриваемых вариантов КИП;
- Проработаны основные вопросовы технологии изготовления КИП;
- Разработана программа и методика испытаний КИП;
- Изготовлены и испытаны макеты КИП и подтверждены принципы работы изделия;
- Выбраны варианты конструкции КИП для дальнейшей разработки;
- Проведены патентные исследования с целью проверки различных вариантов КИП на патентную чистоту и конкурентоспособность; оформлена одна заявка на изобретение;
- Уточнен перечень работ, предусмотренных техническим заданием.
По внебюджентой части:
- Проведены маркетинговые исследования по объемам и тенденциям развития рынка КИП;
- Разработан бизнес-план;
- Проведена технологическая подготовка производства для изготовления опытной партии КИП МТЭ;
- Произведена закупка необходимого базового оборудования для технологического участка опытного производства;
- Разработан и согласован комплект проектно-сметной документации на организацию опытного производства.

Результаты испытаний изготовленных макетов КИП МТЭ подтверждают принципы работы изделия, заложенные в его конструкции и технологии изготовления, и показывают возможность достижения параметров источника, установленных Техническим заданием. По отдельным характеристикам компонентов изделия (максимальная удельная мощность мембранно-электродных блоков 140 мВт/см2 при комнатной температуре, при работе на водороде и воздухе) достигнут мировой уровень. По отдельным характеристикам источника в целом (выходное напряжение 4,5 В) достигнуты параметры ТЗ.
Заявленные параметры программных индикаторов выполнены полностью (по отдельным позициям перевыполнены).
Головным исполнителем по проекту является Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН.
Развернуть
3
01.01.2008 - 10.07.2008
В процессе выполнения работ III этапа доработана технология и конструктивные решения источника питания и его основных составных частей.
При разработке базового варианта изделия мощностью 2 Вт использовались результаты НИР по отработке технологии поливных протонпроводящих мембран и по альтернативным технологиям формирования каталитических слоев. Показано, что тонкие поливные мембраны, изготовленные из отечественных материалов не уступают по своим характеристикам наиболее широко используемым мембранам Nafion.
На основе проведенных инженерных расчетов выбран окончательный вариант конструкции изделия, обеспечивающий оптимальную компоновку и наиболее эффективную работу всех элементов источника, высокую технологичность процессов сборки. В технологии изготовления используются доступные и не дорогие материалы, в основном российского производства. Это же относится к разработанным конструкциям водородных картриджей двух типов – одноразового и перезаряжаемого. Разработаны и согласованы технологические регламенты изготовления источника и его составных частей.
По оптимизированной технологии изготовлены макеты источника питания и проведены комплексные испытания макетов (согласно разработанным программам-методикам испытаний). Продемонстрирована работа источника со следующими параметрами: выходное напряжение 5 В, мощность на номинальной нагрузке 1,6 Вт (отклонение выходной мощности от требований ТЗ (2 Вт) должно быть устранено на этапе 4 за счет коррекции технологии сборки). Удельная энергоемкость источника равна 120 Вт.ч/л, что превосходит характеристики российских и зарубежных аналогов.
Проведенные дополнительные патентные исследования показали, что изделие в целом, его составные части и применяемые основные технологии обладают патентной чистотой; подготовлены и переданы инициатору проекта 2 заявки на изобретения.
Проведены дополнительные маркетинговые исследования, по результатам которых скорректирован бизнес-план. Исследования показали, что рыночный потенциал компактных источников питания на микротопливных элементах мощностью 2-50 Вт непрерывно растет. Оценка себестоимости изделия в серийном производстве составляет 320 руб., что делает разрабатываемый источник питания конкурентоспособным продуктом.
В соответствии с проектно-сметной документацией выполнены строительно-монтажные работы на производственном участке. Приобретено технологическое и контрольно-измерительное оборудование для технологических участков, произведен запуск оборудования.
Развернуть
4
11.07.2008 - 31.10.2008
Разработана конструкция и технология серийного производства новой высокотехнологичной продукции - компактных источников питания на осно-ве воздушно-водородных микротопливных элементов. Изделие представляет собой высокоэффективный и экологически чистый источник питания порта-тивных электронных приборов и устройств широкого применения. По своим характеристикам изделие не уступает российским и зарубежным аналогам, является конкурентоспособным. Серийное производство разработанных ис-точников обеспечит значительный экономический и социальный эффект.
На четвертом этапе:
- Разработана конструкторская документация, в том числе проект ТУ, эксплуатационной документации (ЭД) и рабочей ТД на КИП
- Проведены метрологическая экспертиза КД;
- Проведены дополнительных патентных исследований;
- Разработана ПМ предварительных испытаний;
- Изготовлены опытные образцы КИП;
- Проведены предварительные испытания опытных образцов КИП по ПМ предварительных испытаний;
- Проведена корректировка конструкторской документации по результатам предварительных испытаний опытных образцов КИП с присвоением КД и ТД литеры "О" и доработка опытных образцов КИП.
- Разработана ПМ приемочных испытаний;
- Проведены приемочные испытания;
- Проведена корректировка КД по результатам приемочных испытаний с присвоением документам литеры «О1»;
- Разработаны технические предложения по созданию параметрического ряда устройств питания портативной электроники;
- Проведены дополнительные патентные исследования, проверка изделия на патентную чистоту и конкурентоспособность.
Развернуть

Программа

Программа "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 годы"

Программное мероприятие

2.7 Проведение опытно-конструкторских и опытно-технологических работ по тематике, предлагаемой бизнес-сообществом
Продолжительность работ
2012 - 2013, 13 мес.
Бюджетные средства
0,58 млн
профинансировано
Тема
Разработка микротопливных элементов на основе пористого кремния и наноструктурированных материалов с использованием оригинальных отечественных нанотехнологий и промышленных технологий микроэлектроники
Продолжительность работ
2007 - 2008, 11 мес.
Бюджетные средства
70 млн
Количество заявок
1
Тема
Разработка базовых серийных технологий изделий микроэлектроники: микроэлектронных устройств различных типов (микромодуля защиты интегральных схем от тиристорного эффекта).
Продолжительность работ
2011 - 2012, 14 мес.
Бюджетные средства
0 млн
Количество заявок
1
Тема
Разработка базовых серийных технологий изделий микроэлектроники: систем на кристалле (мультистандартного тюнера)
Продолжительность работ
2011 - 2012, 17 мес.
Бюджетные средства
0 млн
Количество заявок
0
Тема
Разработка базовых серийных технологий изделий микроэлектроники: встроенных интегральных антенных элементов для диапазонов частот 10-12 ГГц (планарные приемные антенные решетки).
Продолжительность работ
2011 - 2012, 17 мес.
Бюджетные средства
0 млн
Количество заявок
1
Тема
Разработка базовых серийных технологий изделий микроэлектроники: микроэлектронных устройств различных типов, включая сенсоры на основе магнитоэлектрических материалов.
Продолжительность работ
2011 - 2012, 17 мес.
Бюджетные средства
0 млн
Количество заявок
1