Лаборатория водородной энергетики

В Передовой инженерной школе «Кибер Авто Тех» Набережночелнинского института КФУ активно развивается одно из самых перспективных направлений современной науки — водородная энергетика. Здесь, в лаборатории водородной энергетики, готовят инженеров нового поколения и создают технологии для транспорта с низким и нулевым углеродным следом.

Лаборатория является частью образовательного и научного направления, связанного с разработкой автономных энергетических систем. Здесь студенты изучают принципы работы водородно-воздушных топливных элементов, их устройство, основные компоненты и возможности применения.

— Студенты учатся на практике проектировать топливные элементы, разрабатывать компоненты, изготавливать и проводить испытания компонентов топливных элементов, — отмечает заместитель директора по научной деятельности Динар Дильшатович Фазуллин.

Основное назначение водородно-воздушных топливных элементов — генерация электрической энергии за счёт электрохимической реакции. Такие технологии находят применение в электромобилях, коммерческом транспорте, портативных зарядных устройствах.

— Водородная энергетика является перспективным направлением. На данный момент пока не так востребовано, но в будущем спрос будет расти, поскольку водородно-воздушные топливные элементы экологичны и имеют преимущества по сравнению с двигателями внутреннего сгорания и аккумуляторными батареями. Батареи топливных элементов могут работать бесконечно, пока подаётся топливо и окислитель, — говорит Динар Дильшатович Фазуллин.

Обучение в лаборатории строится по принципу «от теории к практике». Студенты направления «Автономные энергетические системы» работают с лабораторными стендами, подключают батареи топливных элементов, проводят испытания и анализируют характеристики компонентов.

Сердцем водородно-воздушного топливного элемента является мембранно-электродный блок (МЭБ). Именно в нём протекает электрохимическая реакция, при которой водород и кислород превращаются в электрическую и тепловую энергию, а на выходе образуется вода.

— Студенты у нас занимаются нанесением каталитических слоёв, собирают сами топливные элементы, батареи топливных элементов и проводят их испытания.

Будущие инженеры проходят полный цикл: от разработки и нанесения каталитических слоёв до сборки батареи и её тестирования.

— Специалисты после окончания нашего института могут работать в области проектирования электромобилей, разработки их компонентов — аккумуляторных батарей, водородно-воздушных топливных элементов. Также могут работать в лабораториях ПАО «КАМАЗ» по направлению электрохимии и конструкторами в автомобилестроении, — отметил заместитель директора по научной деятельности Динар Дильшатович Фазуллин.

Помимо образовательной деятельности лаборатория активно ведёт научно-исследовательскую работу. С 2023 года в рамках взаимодействия Набережночелнинского института КФУ и ПАО «КАМАЗ» реализуются НИОКР по теме «Исследования в области повышения эффективности батареи водородных топливных элементов». Уже получены опытные образцы единичных топливных элементов и батарей, показатели которых превышают отечественные аналоги.

В центре исследований — мембранно-электродный блок. Разработаны составы каталитических слоёв и технология их нанесения, позволяющая получать МЭБ с характеристиками, не уступающими зарубежным решениям. Плотность тока разработанных образцов достигает 1,9–2 А/см² при напряжении 0,6 В, а плотность мощности — до 1,2 Вт/см².

К 2030 году целевой показатель плотности тока установлен на уровне 3 А/см².

Также разработаны 3D-CAD модели и конструкторская документация на несколько вариантов батарей топливных элементов, созданы модели биполярных пластин с площадью активной зоны 600, 225, 200 и 27 см², ведётся работа по созданию батарей мощностью 70 кВт для энергетической установки электротранспорта, в частности электробуса.

Работа по направлению водородной энергетики ведётся не только в Набережночелнинском институте КФУ. На территории нового комплекса «Олимп» ПАО «КАМАЗ» действует Центр электроники элементов питания, где размещены ещё две лаборатории.

Первая лаборатория специализируется на исследовании материалов топливных элементов. Здесь проводятся прикладные, поисковые и фундаментальные научные исследования.

Вторая лаборатория предназначена для испытаний батарей топливных элементов различной мощности — от малых установок до систем мощностью 100 кВт, которые устанавливаются на коммерческий транспорт.

Эти площадки используются как база практики для студентов направления «Автономные энергетические системы». Здесь студенты могут выполнять дипломные работы, реализовать научные проекты, а аспиранты проводить исследования в рамках диссертаций.