Студент Самарского университета им. Королёва разработал легкий и экономичный электронагреватель в виде гибкой и очень тонкой, как два листа бумаги, пленки, которую можно наклеить на предмет, нуждающийся в защите от холода.
Такая обогревательная пленка, внутри которой находится инновационный нагревательный элемент, сможет эффективно согреть в зимнюю стужу не только смартфоны и другую портативную электронику, но также аккумуляторы электромобилей, что в конечном итоге поможет расширить географию использования электрокаров в России и увеличить продажи таких машин. Данный проект был успешно защищен в качестве выпускной квалификационной работы в виде студенческого стартапа.
- Как известно, аккумуляторные батареи, используемые в различных электронных устройствах, крайне чувствительны к низким температурам и очень быстро разряжаются на холоде. Нами был разработан специальный ультратонкий плоский нагреватель, который будет поддерживать оптимальную температуру в аккумуляторных системах и гаджетах, при этом он будет весьма экономичен, потребляя минимум энергии, - рассказал разработчик нагревателя Булат Халитов, студент четвертого курса Института авиационной и ракетно-космической техники Самарского университета им. Королёва.
Получать электроэнергию нагреватель будет от того самого аккумулятора, который он должен согревать. Для разных устройств планируется в перспективе придумать свою собственную систему подключения и отключения нагревателя. При этом на скорость разряда аккумулятора работа экономичной "электрогрелки" повлияет в гораздо меньшей степени, чем холодная погода.
Конструкционно нагревательная пленка, общая толщина которой всего лишь порядка 0,2 мм, состоит из термостойкой полимерной основы толщиной до 50 мкм (0,05 мм) и двух тонких функциональных слоев, создаваемых с помощью вакуумного ионно-плазменного метода. Сначала на полимерную основу посредством осаждения ионно-плазменного потока в вакууме наносится первый функциональный слой толщиной до 25 мкм. Внутри него при кристаллизации образуются особые "наностолбики", сориентированные примерно в одном направлении – почти как иголки у испуганного ежика. Этот слой как раз потом и нагревается за счет протекания через него электрического тока при работе нагревателя, а "наностолбики" обеспечивают необходимые свойства нагревающего слоя.
- За счет подбора специального материала и управления процессом вакуумного ионно-плазменного напыления в процессе осаждения получаются столбчатые наноструктурные кристаллиты первого слоя покрытия с очень высоким удельным электрическим сопротивлением, - пояснил Булат Халитов.
Затем на нагревательный слой тем же вакуумным ионно-плазменным методом наносится второй слой (толщиной также до 25 мкм), он с более высоким коэффициентом теплопроводности, и его задача – эффективный отвод сгенерированного тепла в направлении объекта, защищаемого от холода. После этого устанавливаются специальные коннекторы для подачи электропитания, и весь этот нагревательный "бутерброд" герметизируется со всех сторон с помощью температуростойкой полимерной основы. Главное потом при эксплуатации – закрепить или приклеить нагреватель на согреваемом объекте правильной стороной.
По словам Булата Халитова, в числе конкурентных преимуществ такого нагревателя, по сравнению с подобными устройствами на рынке, – очень маленькая толщина, гибкая конструкция и малое потребление энергии из-за высокого удельного электросопротивления – около 3 Ом∙мкм. Максимально допустимая температура нагрева конструкции – 150 °C. Напряжение питания может варьироваться в широких пределах – от 1 до 220 В. Срок службы такого нагревателя должен составить порядка 50 тысяч часов.
- Вакуумный ионно-плазменный способ получения первого функционального слоя с высоким удельным электрическим сопротивлением – в 3 раза больше, чем у нихрома – и малой толщиной резистивного слоя позволяет создавать малогабаритные плоские электронагреватели с плотностью теплового потока на уровне 1 кВт на кв. м, что порой просто невозможно или же очень трудоёмко создать с помощью иных технологий. Это, пожалуй, самый компактный из существующих видов электронагревателей с высоким быстродействием, - подчеркнул главный научный консультант проекта Михаил Гиорбелидзе, старший преподаватель кафедры производства летательных аппаратов и управления качеством в машиностроении, руководитель направления по нанесению специальных покрытий НИЧ-90 Самарского университета им. Королёва.
Пока что создан прототип обогревателя, проведены первые испытания. Разработку планируется запатентовать. Готов проект малого предприятия по выпуску такой продукции, ведется поиск инвесторов. Потенциальное применение устройств, создаваемых по такой технологии, разработчики видят не только в сфере портативных гаджетов – смартфонов и пауэрбанков, но и в автомобильной отрасли – для подогрева аккумуляторов электрокаров.
- Первым рынком сбыта наших обогревателей может стать отечественный рынок электромобилей. На базе университета планируется произвести несколько образцов продукции для наглядной демонстрации в дилерских центрах эффективности и целесообразности данного продукта. Этот нагреватель можно будет в виде опции устанавливать прямо на аккумуляторах электрокаров. С нашей разработкой электромобили можно будет использовать зимой при более низких температурах, что в перспективе позволит расширить географию продаж электрокаров, например, за счет северных регионов России, - отметил Булат Халитов.
