Лицеисты, hi-tech и альтернативная энергетика

Уже не первый раз в петербургском Лицее №179, являющимся членом Школьной лиги РОСНАНО, проводится Фестиваль высоких технологий. Вообще у лицея богатая история участия во многих российских и международных научно-образовательных проектах, в основном связанных с актуальнейшими вопросами экологии и альтернативной энергетики. Здесь и «BalticSeaProject» (Юнеско), и членство в водородном клубе МИРЭА и многое другое.

Как всегда на Фестивале много не только старшеклассников, но и почетных гостей, ученых из некоторых ведущих технических вузов Москвы и Санкт-Петербурга.

Открылся Фестиваль докладом «Водородная энергетика сегодня и перспективы развития» заведующего кафедрой химии МИРЭА, профессора, доктора химических наук, Евдокимова Анатолия Аркадьевича, давнишнего друга лицея. Основной девиз: «Дайте ходу водороду!». Затем на сцене актового зала состоялось  выступление четвероклассников, посвященное их исследованию экологической среды в классном помещении, где они занимаются каждый день. Ребята подошли к проблем комплексно: измеряли и сравнивали с нормами СЭС температуру, влажность, проветриваемость при соотношении площади пола к площади открываемого окна, уровень углекислого газа, освещенность, эргономические показатели цвета стен и мебели, влияние комнатных растений и т.д. И все это выступление проходило в он-лайн режиме веб-моста «Санкт-Петербург – Сочи», на черноморском конце которого находился семинар краснодарских и сочинских учителей, посвященной исследовательской деятельности школьников.

Затем последовали как интересные обзорные доклады лицеистов о новейших мировых достижениях в хай-тек, так и презентации конкретных исследований, выполненных учащимися. К последним, например, относится «Экспериментальное исследование работы топливного элемента», выполненного десятиклассниками Болотовым Кириллом, Быковым Дмитрием, Федоровым Игнатом и Сутюшевым Ринатом на базе ФТИ им. А.Ф. Иоффе. На Фестивале из этой команды выступали лишь трое ребят, поскольку Дмитрий Быков заболел. Желая ему скорейшего выздоровления и ценя его вклад в общее дело, юные исследователи согласились ответить на некоторые вопросы для Школьной лиги РОСНАНО.

- Как, с чего это вдруг появилась идея такого исследования лично у вас? Зачем вам это вдруг понадобилось?

Ринат:Я пришел в лицей № 179 в 2011 году, приехал из города Каменногорска Ленинградской области. Специально искал учреждение с медицинским уклоном, (т.к. хочу стать врачом) и нашел лицей 179. В начале учебного года я узнал, что здесь проводятся научные конференции и ученики лицея принимают в нем ключевую роль. 23 ноября проходил научно-методический семинар "Клуба старшеклассников лицея" и тут я впервые увидел, как проходят мероприятия такого класса. Мне понравилось, как выступали ученики на этом семинаре. Они делали опыты, узнавали много нового. Меня заинтересовала эта деятельность, и я захотел узнать что-то новое, посетить новые учебные заведения, выполнить экспериментальные опыты. Поэтому я попросил, чтобы Бова Наталья Лукинична[1] включила меня в свою команду, которую она собирала для работы в ФТИ им. А.Ф. Иоффе.

Кирилл:Сначала никакой идеи не было, было просто желание заниматься какой-нибудь научной работой, так как это должно помочь при поступлении. Эта работа показалась мне интересной, плюс других вариантов не было. Если бы были другие варианты, то на первом месте у меня стояли бы работы по биологии, а по физике уже на втором.

Игнат: Было предложение заняться исследованием, от которого мы не отказались. Это предложение вызвало у нас интерес.

----------------------------------------------------------------------------------------------

Из презентации:
- Принцип действия топливных элементов открыт в 1839 году английским ученым Уильямом Гроувом;
- 1889 г. первый опыт по созданию удобного в обращении топливного элемента проведен Карлом Лангером и Людвигом Мондом, которые и предложили термин «топливный элемент»;
- Энергетический КПД: у ТЭ – 50%, у двигателя внутреннего сгорания – 12-15%, у паротурбинной энергетической установки – 40%

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

- Как происходило первое ваше посещение ФТИ им. А.Ф. Иоффе в связи с вашим исследованием? С кем договаривались? Как определяли свой план проведения исследования? Как знакомились с экспериментальным оборудованием и т.д.?

Кирилл:В ФТИ мы отправились сразу после занятий вместе учительницей физики Бовой Н.Л.  Для входа в здание ФТИ мы получили пропуск. Когда мы вошли, нас встретил аспирант, с которым мы делали опыты. План исследований был составлен Натальей Лукинечной. В первый день нам показали оборудование, и мы провели несколько экспериментов.  Всё это заняло немного времени, но было очень интересно, и сразу же захотелось поскорее туда вернуться.

Ринат:В первый день в ФТИ мы познакомились с сотрудниками, которые нас обучали. Работая с ними, мы и узнали цель нашего исследования. Нам показали приборы и способы их применения. С сотрудниками ФТИ договаривались Обуховская Анна Соломоновна и Наталья Лукинична.

- Что вас прежде всего удивило при посещении ФТИ? (Может быть какие-то приборы, помещения, люди и т.д. Что именно и почему?)

Ринат: ФТИ - это первый технический институт, который я посетил.
Как я и ожидал увидеть, там было много удивительных приборов. В дальнейшем мы узнали, как они работают и для чего они нужны.

Кирилл:Ну, если честно приборы меня не совсем удивили, так как они так часто мелькают по телевизору и их назначение почти сразу же становиться понятным. На самом деле удивило то, как трудно туда попасть, мне всегда казалась, что в институты вход свободный.

- Что в вашем исследовании вы делали полностью самостоятельно, а в чем вам помогали взрослые (учитель, ученый, научный руководитель и т.д.)?

Кирилл:Самостоятельно мы делали лишь измерения, а в основном нам помогали, хотя мы и старались всё делать сами, помощь была необходима.

Ринат:В процессе нашей работы не было абсолютно индивидуальных действий, так как все мы хотели сами попробовать все! Поэтому, когда мы работали без помощи взрослых, мы старались делить общую работу пополам. Мы познакомились с технологией напыления катализатора на мембрану методом аэрографии, измеряли вес мембраны, готовили каталитические чернила. Конечно, без помощи взрослых мы бы не справились. Они учили нас, показывали опыты, помогали с вычислением. Работать с сотрудниками ФТИ было очень приятно.

Игнат: Во время экспериментальной работы, нам сначала объясняли все теоретически, после чего мы начинали делать работу практически. Во время работы мы обращались за помощью, если у нас возникали проблемы.

- Почему вы решили делать это исследование вчетвером, и как к этому отнеслись другие ребята из вашего класса, а также ваши родители?

Кирилл:Четверо нас было потому, что мы все хотели делать научную работу. У нас в классе многие делают подобные работы, но по другим предметам, поэтому особой реакции не было. Лично мои родители были довольны.

Ринат:Я считаю, что совместная работа намного быстрее и качественнее проходит, чем индивидуальная, потому что у всех нас может быть свое мнение, решение различных задач. Каждый занимался своей деятельностью и не отвлекался на мелочи, ведь если ты хочешь чего-то добиться, ты сможешь сделать это и индивидуально. Мои родители отнеслись к моей работе положительно и пожелали мне успехов, что в конце и произошло.

- Что лично в вас изменилось, какие новые способности вы обрели, что стали уметь делать после того как провели это исследование, посещая ФТИ?

Кирилл:Мы начали работу относительно недавно, поэтому о каких-либо заметных изменениях говорить не приходиться, но вот готовить и напылять каталитические чернила, собирать и разбирать топливный элемент, измерять силу ветра я вроде научился.

Ринат:За то время, как я был в ФТИ, я научился пользоваться научными приборами. На конференции выступал перед многими людьми и это тоже большой опыт. Я очень рад, что смог поучаствовать в таком мероприятии. Большое спасибо сотрудникам ФТИ им. Иоффе!

Игнат:Я научился напылять каталитические чернила на мембрану, так же готовить эти чернила.

--------------------------------------------------------------------------------------------------

Информационная справка. «Сегодня интерес к альтернативным источникам энергии очень велик. В этой области ведется большое количество фундаментальных и прикладных исследований во всем мире. Топливные элементы (ТЭ) используются в качестве приборов преобразования химической энергии водорода в электрическую энергию. При получении водорода с помощью возобновляемых источников энергии (например, с использованием солнечных батарей для электролиза воды), применение ТЭ сможет в скором будущем решить многие проблемы, связанные с экологией, экономикой и безопасностью энергетического сектора. Среди большого разнообразия топливных элементов на сегодняшний день наиболее перспективными являются твердополимерные топливные элементы (ТПТЭ), в связи с их низкой рабочей температурой, высокой плотностью мощности и возможностью масштабирования. Основной целью многих исследований в области ТПТЭ являются снижение загрузки платины, улучшение газопроницаемости, повышение электронной и протонной проводимости, увеличение протяженности трехфазных границ, а также решение вопросов менеджмента воды в мембране и каталитических слоях мембранно-элекродных блоков (МЭБ) ТПТЭ. Таким образом, необходимо усовершенствование и оптимизация методов получения и структуры МЭБ. Обычно МЭБ спрессован между двумя платами с газоподводящими каналами. МЭБ состоит из протонпроводящей мембраны, каталитических слоев и газодиффузионных слоев (ГДС). Тонкопленочные каталитические слои делятся на два вида по способу нанесения: (1) каталитический слой, наносящийся на газодиффузионный слой; (2) каталитический слой наносится на мембрану. В обоих случаях сначала готовятся каталитические чернила, основными составляющими которых являются каталитический порошок, раствор иономера, растворитель (чаще всего изопропанол). Наиболее распространенными методами нанесения каталитических слоев являются методы намазывания, распыления под давлением, декалькомании. Оптимизация каталитических слоев осуществляется за счет изменения состава чернил, а также оптимизации методов и условий их формирования». (http://www.moluch.ru/conf/tech/archive/3/664/)

----------------------------------------------------------------------------------------

Кроме выступлений были на Фестивале представлены и две стендовые секции: «Нанотехнологии» и «Экология». И хотя экологическая тематика оказалась значительно разнообразнее и более экспериментально направленной, чем нанотехнологическая, тем не менее, проведенная, например, девятиклассником Н. Барановым вдумчивая аналитика информационных ресурсов по теме «Нанопроцессы, обеспечивающие восстановление нейронов» также была значимой и любопытной.

Безусловно, основная заслуга в организации такого Фестиваля и создании общей атмосферы исследовательского энтузиазма принадлежит заместителю директора лицея по научно-методической работе, кандидату биологических наук, Обуховской Анне Соломоновне. Ей и лицею нужно пожелать дальнейших творческих успехов на важном поприще развития увлекательного естествознания и изучения высоких технологий.

Материал подготовил
Валерий Пузыревский

Фото предоставлены лицеем 179

1. Моменты фестиваля

2. "Экспериментальное исследование работы топливного элемента", выполненное лицеистами на базе ФТИ им. А.Ф. Иоффе

Разобранный ТЭ

МЭБ

Приготовление каталитических чернил

Ультразвуковое перемешивание

Взвешивание мембраны

 

Электро-магнитное перемешивание

Напыление каталитических чернил

Измерение толщины мембраны

Исследование вольт-амперой характеристики

Вольт-амперная характеристика ТЭ, произведенная учениками


[1]Бова Наталья Лукинична, учитель физики высшей категории, Заслуженный учитель РФ, руководитель проекта «Высокие технологии»

ВложениеРазмер
polimembr.pdf360.2 КБ

Комментарии