Geum.ru

Федеральное агентство по атомной энергии фгуп «цнииатоминформ» центр «атом-инновация» материалы инновационного форума росатома июнь, 2007 год москва партнеры форума

Вид материалаДокументы

Содержание


Космические материалы атомной отрасли
Создание производства литированного оскида кобальта в ОАО «Новосибирский завод химконцентратов»
Подобный материал:
1   ...   13   14   15   16   17   18   19   20   ...   60

Космические материалы атомной отрасли


Путилов А.В., генеральный директор ВНИИНМ им. академика А.А.Бочвара

Развитие атомной и космической техники требует материалов с совершенно новыми, подчас уникальными свойствами. Поэтому в разных странах мира, в том числе и в России, интенсивно ведутся экспериментальные и теоретические исследования, на базе которых создаются все более совершенные материалы. Современные научно-исследовательские и технологические работы специалистов ВНИИНМ им. академика А.А.Бочвара привели к появлению целого ряда материалов, активно используемых в космической технике, беседа с рядом специалистов ярко характеризует эти разработки.

Бериллий и его композиции. Использование бериллия в ракетной и космической технике обусловлено его физико-механическими свойствами, такими как низкая плотность, высокая удельная прочность, жесткость, размерная стабильность и др. В разное время были успешно решены задачи по созданию тормозных систем возвращаемого аппарата космического комплекса «Буран», систем гироскопической навигации летательных аппаратов и быстродействующих развертывающихся оптических систем космического базирования.

Для создания тормозных систем «Бурана» был разработан специальный сорт бериллия, обладающий высокими релаксационными характеристиками и высокоэффективная технология его изготовления. Для повышения чувствительности навигационных комплексов и размерной стабильности элементов навигационных систем были разработаны конструкционные сорта бериллия, которые позволили на порядок повысить точность обработки изделий, увеличить гарантийный ресурс и обеспечить приземление летательных аппаратов в любой точке Земли без помощи наземных навигационных служб, исключительно в автоматическом режиме.

Для оптических систем были изготовлены бериллиевые зеркала с коэффициентом зеркального отражения 98.4% при длине волны 10.6 мкм, что является теоретически максимально возможным для бериллия и его композиций.

Гидридные материалы для космических энергетических установок. В настоящее время возобновлены поисковые разработки, обеспечивающие создание космических ядерных энергетических установок (ЯЭУ). Усилия специалистов ориентированы, главным образом, на разработку проектов ЯЭУ типа “Топаз” второго поколения, основанных на конструктивных и технических решениях предыдущих ЯЭУ “Топаз” первого поколения, ведущая роль в создании материалов для которых принадлежит ученым ВНИИНМ им. академика А.А.Бочвара. В ЯЭУ типа “Топаз” был применен замедлитель нейтронов из гидрида циркония, а в качестве радиационной защиты - гидрид лития. Для развертывания этих работ только ФГУП ВНИИНМ располагал кадрами и опытом работы с гидридными материалами. Работы, в то далекое время, были начаты под руководством заместителя директора Института, академика А.Н.Вольского. Усилиями специалистов Института в очень короткие сроки были созданы технологии изготовления изделий из гидрида циркония и гидрида лития. Эта конструкция ЯЭУ выдержала проверку временем. Специалисты ФГУП ВНИИНМ им. академика А.А.Бочвара и сейчас активно участвуют в работах по космическим ЯЭУ, создавая новые гидридные материалы, удовлетворяющие современным эксплуатационным характеристикам, что позволит не только исследовать околоземное пространство новыми космическими аппаратами, но в перспективе детально изучить и планеты Солнечной системы.

Магнитные нанокомпозиты для космической электромеханики. Физика и механика нанокристаллических магнитоупорядоченных веществ, на базе которых создаются новые более совершенные магнитные материалы, активно развивается во всем мире. Во ВНИИНМ разработана и запатентована технология получения нанокристаллических магнитных материалов (НММ) методом центробежного распыления. На основе этой универсальной и эффективной технологии в институте создано первое и единственное в России промышленное производство НММ широкого применения. Разработана наукоемкая и многостадийная технология изготовления нанокристаллических материалов, полученных методом сверхбыстрой закалки, которые являются одним из важнейших составляющих элементной базы современного электронного машиностроения и средств связи, а также магнитных систем ядерной и космической техники, технологий навигационного обеспечения космических аппаратов научного и социально-экономического назначения, включая системы глобальной связи и телекоммуникаций.

Одно из важнейших преимуществ магнитных нанокомпозитов, являющихся диэлектриками, состоит в том, что их использование в высокоскоростных электродвигателях, широко применяемых в космических устройствах, резко уменьшает потери на вихревые токи. На основе НММ можно создавать композиционные магниты, которые выдерживают космический холод и тропическую жару, не испаряются в вакууме и не разрушаются при высоких механических нагрузках.

Последние исследования ВНИИНМ в области процессов гидрирования - дегидрирования способствовали разработке технологии получения анизотропных магнитных материалов, что позволяет создавать еще более мощные и одновременно компактные магнитные системы, которые, несомненно, будут востребованы широким кругом потребителей, в том числе и аэрокосмической промышленностью.

Создание производства литированного оскида кобальта в ОАО «Новосибирский завод химконцентратов»


Рожков В.В., Мухин В.В., Резвов С.А., ОАО «НЗХК»

Среди основных направлений использования лития за последние 10-15 лет устойчивую и возрастающую позицию стала занимать литиевая электрохимическая энергетика - производство первичных и вторичных литиевых химических источников тока. Изменение доли литийсодержащих батарей в общем числе вторичных портативных химических источников тока выглядит следующим образом: в 2000 г. - 55,1%, в 2005 г. - 67,7% и в перспективе в 2010 г. - 72,0%.

Литий-ионные аккумуляторы (ЛИА) - элементы накопления энергии, представляющие собой оптимальную систему энергоснабжения. Они могут наилучшим образом удовлетворять требования к рабочим характеристикам таких быстро изменяющихся электронных устройств, как мобильные телефоны, портативные компьютеры и видеокамеры, поскольку обладают такими характеристиками, как большая емкость, большая долговечность при циклической работе, хорошие возможности разряда при высокой мощности и низкой температуре. Превосходные характеристики ЛИА обеспечивают перспективы их использования не только в мобильных устройствах, но и в военной промышленности, в производстве электроинструментов и электротранспорта, а также в качестве накопителей энергии в системах резервного питания.

В качестве активных материалов положительного электрода ЛИА интенсивно используются LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4 и материалы на их основе. Технические характеристики высокопотенциальных электродов из этих материалов приблизительно одинаковы.

LiCoO2 - основной материал, используемый для производства положительного электрода ЛИА. Высокое номинальное напряжение, пологая разрядная кривая, высокая эффективность зарядно-разрядного процесса, хорошая емкость и циклируемость, приемлемый саморазряд и относительная простота получения в промышленных условиях объясняют наиболее широкое его использование в коммерчески освоенных ЛИА. LiCoO2 обеспечивает обратимую емкость положительных электродов на уровне 135-150 мАч/г при циклировании ЛИА в диапазоне напряжений 2,5-4,З В. Вышесказанное объясняет тот факт, что, несмотря на высокую цену и токсичность кобальтовых соединений, 94% всех произведенных ЛИА (на 2006 г.) оснащены катодом на основе LiCoO2. В соответствии с ростом потребностей в литиевых вторичных батареях растет спрос и на катодные материалы.

В настоящее время на мировом рынке в производстве LiCoO2 первенство принадлежит японским компаниям. Ведущие производители выпускают LiCoO2 в количествах до 200 тонн в месяц каждый.

В настоящее время в России отсутствует серийное производство мобильных телефонов, соответственно отсутствует и крупный производитель катодных материалов, в том числе и литированного оксида кобальта. В 2005 году был произведен запуск серийного производства литий-ионных аккумуляторов - в «Аккумуляторной компании «Ригель» (г. Санкт-Петербург). Эта компания закупила китайское оборудование и технологию и в настоящее время работает на китайском сырье. Сейчас в «Ригеле» ведется проектирование участка производства высокомощных ЛИА. Годовая потребность в LiCoO2 после выхода компании на проектную мощность составит 100 тонн.

Поставленная задача расширения выпуска ЛИА как зарубежными, так и отечественными производителями, требует увеличения производства сырья и комплектующих для ЛИА, и в первую очередь - литированного оксида кобальта, как основного катодного материала для ЛИА. Данное обстоятельство объясняет заинтересованность нескольких южнокорейских фирм в информации о возможности производства катодных материалов (прежде всего LiCoO2) в условиях ОАО «НЗХК».

Таким образом, возможность реализации LiCoO2, с одной стороны, и необходимость развития литиевого комплекса, с другой, - поставили задачу организации промышленного производства LiCoO2 в условиях ОАО «НЗХК». Основными предпосылками для успешной организации конкурентоспособного крупнотоннажного производства в ОАО «НЗХК» являются следующие факторы:

- наличие необходимой производственной инфраструктуры;

- опыт работы с литиевыми продуктами и необходимая квалификация персонала для освоения нового литиевого производства;

- на предприятии планируется организация крупнотоннажного производства высокочистого карбоната лития, что непременно скажется на качестве производимого из него литированного оксида кобальта.

Начиная с 4 квартала 2003 года, под руководством отдела развития проводится комплекс научно-исследовательских работ по разработке процесса синтеза литированных оксидов металлов для использования в качестве материалов положительного электрода в литий-ионных аккумуляторах. Проводились лабораторные исследования влияния режимов синтеза на электрохимические характеристики конечного материала. Полученные результаты свидетельствуют об удовлетворительном качестве синтезированных высокотемпературным методом образцов LiCoO2, а также о возможности распространения отработанной в лабораторных условиях технологии на опытно-промышленное и промышленное использование. Для определения характеристик синтезированных материалов на предприятии были подобраны, отработаны и успешно реализуются методики проведения электрохимического, рентгенофазового и химического анализов.

Для реализации результатов исследования была предложена технологическая схема, включающая смешение-измельчение сырьевых компонентов, высокотемпературный твердофазный синтез, конечное измельчение, классификация для выделения частиц товарной фракции и упаковка.

В качестве наиболее оптимального варианта в качестве сырьевых компонентов выбрана пара карбонат лития (Li2СО3) и оксид кобальта (Со3О4). Качество получаемого продукта зависит в первую очередь от состава исходных реагентов, в связи с чем используются особо чистый Li2СО3, полученный по бикарбонатной технологии из технического карбоната, и Со3О4 квалификации ч.д.а. Синтез LiCoO2 осуществляется в высокотемпературной печи типа СНОЛ в стационарном слое в течение 8 -16 часов при температуре 650-1000°С в условиях непрерывной подачи предварительно нагретого до рабочей температуры воздуха или воздуха, обогащенного кислородом. Полученные после спекания агломераты LiCoO2 предварительно дробятся в щековой дробилке, после чего подвергаются окончательному измельчению до размеров 8-12 мкм в центробежно-эллиптической мельнице. Для выделения однородной товарной фракции полученный порошок LiСоО2 разделяется по размерам частиц с помощью воздушного классификатора. Упаковка готового литированного оксида кобальта производится в атмосфере сухого аргона в герметичные ламинированные пакеты, которые укладываются в пластиковые или стальные барабаны. Указанные технические решения защищены решением о выдаче патента.

Конечной целью озвученных подготовительных работ является организация крупнотоннажного производства литированного оксида кобальта для использования в качестве катодного материала в ЛИА. Организация производства LiCoO2 в ОАО «НЗХК» планируется по следующему сценарию:

- создание в III квартале 2007 года 1-й очереди производства LiCoO2 номинальной производительностью 20 тонн/год с аппаратурным оформлением, обеспечивающим выпуск как чистого LiCoO2, так и модифицированного различными добавками;

- оценка в течение 2007-2008 годов экономической эффективности 1-й очереди LiCoO2. При условии соответствия выпуска продукции заявленному потенциалу рынка - создание в 2009 году 2-й очереди производства LiCoO2 с увеличением суммарной производительности до 600 тонн/год и аппаратурным оформлением, обеспечивающем выпуск различных модификаций LiCoO2.

В настоящий момент общестроительные работы и монтаж оборудования завершены, составлены программы предварительных и приемочных испытаний.

Продвижение продукции на рынок планируется организацией следующих мероприятий: участие в специализированных отечественных и зарубежных выставочных мероприятиях (не менее 3-4 выставочных мероприятий в год); сопровождение информационного раздела по LiCoO2 на сайте ОАО «НЗХК»; адресная рассылка рекламно-информационных материалов и предоставление образцов LiCoO2 потенциальным потребителям, обратившимся с запросами в адрес ОАО «НЗХК»; участие в инновационных конкурсах федерального масштаба (Конкурс русских инноваций, Инновационный конкурс РОСАТОМА), широко освещаемых средствами массовой информации. Сбыт LiCoO2 будет осуществляться собственными службами ОАО «НЗХК».