eng
Выпуск #2/2014
Д.Георгиев
Инновационные научно-технические центры как продукт современного инжиниринга
Инновационные научно-технические центры как продукт современного инжиниринга
Просмотры: 4741
12–13 марта в Санкт-Петербурге состоялась
III межрегиональная конференция "Промышленный инжиниринг и перспективы привлечения ведущих российских научно-технологических центров к развитию высокотехнологичных производств в регионах ". Одним из ключевых событий конференции стало открытие лаборатории литий-ионных технологий в Физико-техническом институте им. А.Ф.Иоффе РАН.
III межрегиональная конференция "Промышленный инжиниринг и перспективы привлечения ведущих российских научно-технологических центров к развитию высокотехнологичных производств в регионах ". Одним из ключевых событий конференции стало открытие лаборатории литий-ионных технологий в Физико-техническом институте им. А.Ф.Иоффе РАН.
Теги: batteries lithium-ion technologies r&d solar cells thin-film technologies аккумуляторы литий-ионные технологии ниокр солнечные элементы тонкопленочные технологии
ФТИ им. А.Ф.Иоффе является одним из крупнейших научных центров России, в котором ведутся как фундаментальные, так и прикладные исследования в важнейших областях современной физики. В частности, в институте накоплен большой научный задел в области разработки накопителей электрической энергии последнего поколения на основе литий-ионных технологий, а также в сфере исследования аморфных полупроводников.
Литий-ионные технологии
для потребительского рынка,
промышленности и транспорта
Литий-ионные аккумуляторы имеют ряд важных
преимуществ по сравнению с другими накопителями электрической энергии. Они характеризуются высокой энергетической емкостью, низким саморазря-
дом, широким температурным диапазоном, отсутствием эффекта памяти, не требуют обслуживания. Такие аккумуляторы могут принимать заряд из любой степени заряженности, в том числе при низких температурах и за очень малое время. На современном уровне развития технологии возможно создание аккумуляторных батарей с требуемыми характеристиками, например, с минимальной стоимостью или очень большим сроком службы.
По оценке J.P. Morgan, в 2013 году объем мирового рынка литий-ионных аккумуляторных батарей превысил 16 млрд. долл. США, причем уже к 2018 году этот показатель может удвоиться. Пока основной областью применения литий-ионных аккумуляторов является портативная электроника, но уже происходит быстрый рост их использования в транспорте и энергетике. Ожидается, что к 2020 году эти три сегмента будут иметь примерно равные объемы.
Российская промышленность остро нуждается в современных накопителях электрической энергии. Для модернизации имеющихся и создания новых отечественных аккумуляторных производств требовался хорошо оснащенный исследовательский центр, способный на современном уровне выполнять НИОКР. Таким центром стала новая лаборатория в ФТИ им. А.Ф.Иоффе.
Исследовательский
и опытно-производственный комплекс
Создание экспериментального комплекса для исследования и производства макетных и опытных образцов литий-ионных аккумуляторов финансировалось Министерством образования и науки России. Проектирование, строительство, создание инженерных систем и установку технологического и лабораторного оборудования выполнила компания
"ЭлТех СПб".
Площадь помещений комплекса превышает 500 м2, из них около 200 м2 приходится на чистые помещения, включая "сухую" комнату, в которой поддерживается влажность воздуха ниже 2%. Комплекс располагает оборудованием для всех стадий технологического процесса: производства электродов, сборки аккумуляторов, формовки, сборки и тестирования батарейных блоков. Лаборатория исследует электродные материалы и электролиты, разрабатывает электродные технологии, системы электронного контроля высоковольтных батарей, литий-ионные аккумуляторы и батареи аккумуляторов, а также осуществляет трансфер технологий на промышленные предприятия.
По словам директора ФТИ им. А.Ф.Иоффе Андрея Забродского, процесс развития литий-ионных технологий в значительной степени связан с новыми катодными и анодными материалами, поэтому в НИОКР задействуются разные лаборатории института, работающие в областях физики и химии материалов.
Заведующий лабораторией литий-ионных процессов Василий Жданов отметил, что исследования ведутся в различных направлениях с целью повышения энергетической емкости и срока службы, уменьшения себестоимости, а также улучшения других характеристик аккумуляторов. В частности, весьма перспективным является внедрение наноструктурированных анодных материалов, позволяющих создавать аккумуляторы для специальных задач.
НТЦ тонкопленочных технологий
Участникам конференции был также продемонстрирован Научно-технический центр тонкопленочных технологий, который работает в ФТИ им. А.Ф.Иоффе с 2012 года. Этот проект является дочерним предприятием компании "Хевел" – первого российского производства солнечных модулей, созданного ГК "Ренова" и корпорацией "Роснано". Задачей НТЦ является совершенствование технологии, разработка новой продукции и подготовка персонала для головного предприятия, расположенного в Новочебоксарске.
Если общий объем инвестиций в основное производство, мощность которого должна составить около 1 млн. солнечных модулей в год (130 МВт), превышает 20 млрд. руб., то НТЦ стоил примерно в 10 раз дешевле. Средства на создание НТЦ выделили "Ренова", "Роснано" и фонд "Сколоково". Проектирование и строительство центра выполнила компания "ЭлТех СПб".
Как и новочебоксарский завод, НТЦ оснащен оборудованием последнего на данный момент пятого поколения производства швейцарской компании Oerlikon Solar. Поскольку оборудование центра и основного производства аналогично, обеспечивается минимизация затрат на трансфер разработанных в НТЦ инноваций.
Внедренная технология изготовления фотоэлектрических модулей базируется на процессе формирования наноструктурированной тонкой пленки аморфного гидрированного кремния. Данное решение характеризуется дешевизной и относительной простотой: благодаря низкой температуре осаждения пленок (<300°С) в качестве подложки используется стекло, при этом возможно создание тандемных структур. Помимо солнечных элементов, на оборудовании могут изготавливаться высокочувствительные фотоприемники, элементы оптической памяти, преобразователи изображения, матрицы управления для широкоформатных дисплеев.
Двухкаскадные солнечные элементы, производство которых освоил НТЦ, состоят из аморфного и микрокристаллического кремния – каждый полупроводник отрабатывает свою часть спектра солнечного излучения. Структура элемента включает 13 слоев толщиной от 100 нм до 2 мкм. Архитектура модуля создается лазерным скрайбированием.
Микроморфные солнечные модули имеют размеры 1,3×1,1 м при толщине около 7 мм и весе 26 кг. Номинальная пиковая мощность – 125 Вт. По своим электрическим характеристикам такие модули близки к преобладающим на рынке (около 80%) системам на кристаллическом кремнии, они хорошо сочетаются с промышленными инверторами и совместимы с принятыми стандартами.
По оригинальной технологии, переданной Oerlikon Solar, КПД модулей составляет 8,9%, что ниже потенциальных возможностей микроморфных покрытий, поэтому перед НТЦ поставлена задача увеличить этот показатель до 11–12%. По словам заместителя генерального директора центра Евгения Терукова, решением может стать добавление в фотоэлектрические преобразователи третьего каскада из сплава кремния и германия.
Таким образом, первый масштабный проект в российской солнечной энергетике обеспечен надежной научно-исследовательской базой, что позволяет с оптимизмом оценивать его перспективы на внутреннем и внешнем рынках. ■
Литий-ионные технологии
для потребительского рынка,
промышленности и транспорта
Литий-ионные аккумуляторы имеют ряд важных
преимуществ по сравнению с другими накопителями электрической энергии. Они характеризуются высокой энергетической емкостью, низким саморазря-
дом, широким температурным диапазоном, отсутствием эффекта памяти, не требуют обслуживания. Такие аккумуляторы могут принимать заряд из любой степени заряженности, в том числе при низких температурах и за очень малое время. На современном уровне развития технологии возможно создание аккумуляторных батарей с требуемыми характеристиками, например, с минимальной стоимостью или очень большим сроком службы.
По оценке J.P. Morgan, в 2013 году объем мирового рынка литий-ионных аккумуляторных батарей превысил 16 млрд. долл. США, причем уже к 2018 году этот показатель может удвоиться. Пока основной областью применения литий-ионных аккумуляторов является портативная электроника, но уже происходит быстрый рост их использования в транспорте и энергетике. Ожидается, что к 2020 году эти три сегмента будут иметь примерно равные объемы.
Российская промышленность остро нуждается в современных накопителях электрической энергии. Для модернизации имеющихся и создания новых отечественных аккумуляторных производств требовался хорошо оснащенный исследовательский центр, способный на современном уровне выполнять НИОКР. Таким центром стала новая лаборатория в ФТИ им. А.Ф.Иоффе.
Исследовательский
и опытно-производственный комплекс
Создание экспериментального комплекса для исследования и производства макетных и опытных образцов литий-ионных аккумуляторов финансировалось Министерством образования и науки России. Проектирование, строительство, создание инженерных систем и установку технологического и лабораторного оборудования выполнила компания
"ЭлТех СПб".
Площадь помещений комплекса превышает 500 м2, из них около 200 м2 приходится на чистые помещения, включая "сухую" комнату, в которой поддерживается влажность воздуха ниже 2%. Комплекс располагает оборудованием для всех стадий технологического процесса: производства электродов, сборки аккумуляторов, формовки, сборки и тестирования батарейных блоков. Лаборатория исследует электродные материалы и электролиты, разрабатывает электродные технологии, системы электронного контроля высоковольтных батарей, литий-ионные аккумуляторы и батареи аккумуляторов, а также осуществляет трансфер технологий на промышленные предприятия.
По словам директора ФТИ им. А.Ф.Иоффе Андрея Забродского, процесс развития литий-ионных технологий в значительной степени связан с новыми катодными и анодными материалами, поэтому в НИОКР задействуются разные лаборатории института, работающие в областях физики и химии материалов.
Заведующий лабораторией литий-ионных процессов Василий Жданов отметил, что исследования ведутся в различных направлениях с целью повышения энергетической емкости и срока службы, уменьшения себестоимости, а также улучшения других характеристик аккумуляторов. В частности, весьма перспективным является внедрение наноструктурированных анодных материалов, позволяющих создавать аккумуляторы для специальных задач.
НТЦ тонкопленочных технологий
Участникам конференции был также продемонстрирован Научно-технический центр тонкопленочных технологий, который работает в ФТИ им. А.Ф.Иоффе с 2012 года. Этот проект является дочерним предприятием компании "Хевел" – первого российского производства солнечных модулей, созданного ГК "Ренова" и корпорацией "Роснано". Задачей НТЦ является совершенствование технологии, разработка новой продукции и подготовка персонала для головного предприятия, расположенного в Новочебоксарске.
Если общий объем инвестиций в основное производство, мощность которого должна составить около 1 млн. солнечных модулей в год (130 МВт), превышает 20 млрд. руб., то НТЦ стоил примерно в 10 раз дешевле. Средства на создание НТЦ выделили "Ренова", "Роснано" и фонд "Сколоково". Проектирование и строительство центра выполнила компания "ЭлТех СПб".
Как и новочебоксарский завод, НТЦ оснащен оборудованием последнего на данный момент пятого поколения производства швейцарской компании Oerlikon Solar. Поскольку оборудование центра и основного производства аналогично, обеспечивается минимизация затрат на трансфер разработанных в НТЦ инноваций.
Внедренная технология изготовления фотоэлектрических модулей базируется на процессе формирования наноструктурированной тонкой пленки аморфного гидрированного кремния. Данное решение характеризуется дешевизной и относительной простотой: благодаря низкой температуре осаждения пленок (<300°С) в качестве подложки используется стекло, при этом возможно создание тандемных структур. Помимо солнечных элементов, на оборудовании могут изготавливаться высокочувствительные фотоприемники, элементы оптической памяти, преобразователи изображения, матрицы управления для широкоформатных дисплеев.
Двухкаскадные солнечные элементы, производство которых освоил НТЦ, состоят из аморфного и микрокристаллического кремния – каждый полупроводник отрабатывает свою часть спектра солнечного излучения. Структура элемента включает 13 слоев толщиной от 100 нм до 2 мкм. Архитектура модуля создается лазерным скрайбированием.
Микроморфные солнечные модули имеют размеры 1,3×1,1 м при толщине около 7 мм и весе 26 кг. Номинальная пиковая мощность – 125 Вт. По своим электрическим характеристикам такие модули близки к преобладающим на рынке (около 80%) системам на кристаллическом кремнии, они хорошо сочетаются с промышленными инверторами и совместимы с принятыми стандартами.
По оригинальной технологии, переданной Oerlikon Solar, КПД модулей составляет 8,9%, что ниже потенциальных возможностей микроморфных покрытий, поэтому перед НТЦ поставлена задача увеличить этот показатель до 11–12%. По словам заместителя генерального директора центра Евгения Терукова, решением может стать добавление в фотоэлектрические преобразователи третьего каскада из сплава кремния и германия.
Таким образом, первый масштабный проект в российской солнечной энергетике обеспечен надежной научно-исследовательской базой, что позволяет с оптимизмом оценивать его перспективы на внутреннем и внешнем рынках. ■
Отзывы читателей
