Российские ученые создали новый материал для орбитальных батарей
Бумага используется людьми не только для письма и рисования. Это еще и тара, и чистый воздух, и теплоизоляция… Есть даже термин у ученых – «бумага специального назначения», которая обладает повышенной устойчивостью к агрессивным средам, сверхвысоким температурам, ультрафиолету… А в архангельском Северном (Арктическом) федеральном университете (САФУ) впервые в России разработали технологию изготовления бумаги для… космической техники. Используют ее не для написания бортовых заметок, а для выработки и накопления энергии.
Наталья Щербак демонстрирует волокнистое сырье для «космической бумаги».
В центре «Современные технологии переработки биоресурсов Севера» передо мной разложили множество образцов бумаги: из макулатуры, из целлюлозы и, не поверите, – из базальтового камня (об этом чуде – чуть позже). Но больше меня привлекла особо прочная и в то же время почти невесомая, как облачко, «бумага для космоса», как назвал ее во время встречи с журналистами первый проректор университета Павел Марьяндышев.
С развитием техники, технологий к различным приборам, в том числе для космической техники предъявляются все более жесткие требования. Речь в данном случае идет об аккумуляторах, которые должны мало весить, но при этом быстро заряжаться и быстро отдавать энергию. То есть, должны обладать повышенной удельной мощностью и энергоёмкостью. Для того чтобы обеспечивать все это, ученые во всем мире начали разрабатывать так называемые суперконденсаторы, которые существенно отличаются от старых литиевых или щелочных батареек. В них заменили многое: материалы самих электродов, среду, в которой работают электроды, а также сепараторные материалы. Вот для последних и разработали тончайшую, полупрозрачную и в то же время очень прочную бумагу.
– Это такая тонкая пористая «прокладка» между положительным и отрицательным электродами, – поясняет свойства сепараторного материала заведующая кафедрой целлюлозно-бумажных и лесохимических производств САФУ, кандидат технических наук Наталья Щербак. – Ее главная цель — не дать электродам коснуться друг друга (закоротить), но в то же время ионы должны свободно проходить сквозь неё.
По словам завкафедрой, в разное время ученые во всем мире использовали различные материалы для сепараторной мембраны, к примеру, полипропилен, керамику, но в итоге пришли к выводу: для суперконденсаторов наилучшие характеристики достигаются именно на бумажных сепараторных материалах. Они удовлетворяют всем требованиям: мало весят, имеют высокую пористость, проницаемость, но при этом всё-таки и разделительную способность.
Бумага-«облачко» для суперконденсатора, сделанная впервые по российской технологии.
– Из искусственных нитей, вискозы. Проблема в том, что в нашей стране, начиная с 90-х годов, были уничтожены все заводы по производству искусственного волокна из целлюлозы, и мы были вынуждены необходимые виды специальной бумаги покупать за рубежом. И сейчас закупаем! Но вы же понимаете, что это стратегически важные изделия, обеспечивающие технологический суверенитет страны…
– Вот поэтому перед нами и встала задача – в период объявленного президентом десятилетия науки и технологий разработать технологию из нашего российского сырья для того, чтобы в итоге обеспечить страну сепараторным материалом для суперконденсаторов отечественного производства и стать независимыми в этом плане от зарубежных поставщиков.
Мы должны были разработать технологию получения современного материала нового поколения из древесной, химически переработанной целлюлозы.
– Конечно. Современная же наука не стоит на месте, с 90-х много новых материалов появилось, в том числе и для конденсаторов.
– Да, свои предприятия тоже необходимы.
– На каждой стадии обработки есть свои особенности, и наш способ позволяет настраивать технологию для разного назначения бумаги, варьировать ее свойства.
– Да, бумага из базальта существует давно и ценится за те же свойства, что и сам камень: за высокую стойкость к агрессивным средам, к повышенной температуре, химическим веществам. К примеру, мы проводили ряд успешных экспериментов по использованию ее в качестве фильтров на предприятиях химической промышленности.
– Можно бумагу из камня получить литьём, и это будет не волокнистый материал, а просто спрессованная пластинка из измельчённого порошка. А есть вариант, который повторяет технологию получения волокнистого материала. Только в данном случае вместо целлюлозы мы используем камень. Он сначала измельчается до определенного размера, потом плавится при заданной температуре и продавливается через специальные фильтры, то есть пластину с отверстиями, как через дуршлаг. Из этого горячего расплава, при высокой температуре формируется нить. Ее можно наматывать на катушку, потом сплести нитки и сделать ткань, типа теплоизоляционного одеяла.
Для получения бумаги нить не остужают, – на «горячей» стадии, пока она ещё мягкая и горячая, ее раздувают потоками горячего газа. То есть, как бы взрывают, она разлетается, и получаются маленькие отдельные волокна. Всё это улавливается в осаждающей камере и образует волокнистый мат, подложку, которую мы перерабатываем на бумагоделательной машине и скрепляем специальным клеем. У каменной бумаги есть преимущество даже перед целлюлозой. Целлюлоза – это органика, в ней много сахаров, «вкусных» для различного рода бактерий, базальт же для них совсем «не вкусный». Соответственно, бумага из камня устойчива ещё и к размножению бактерий. Если мы вставим такую бумагу в системы охлаждения воздуха, к примеру, на птицефабрике, можем быть уверены, что у нас с этим воздухом никакая «зараза» не распространится. К тому же сам по себе камень устойчив к биологическому разложению.
Свежие комментарии