ЮНІ ТАЛАНТИ

Дніпропетровські школярі  досліджують сучасні джерела живлення і перемагають на міжнародних наукових конкурсах

Кажуть, у Парижі є трамвай, який їздить без електромережі. Поки на зупинці пасажири входять-виходять, він підзаряджається. Все завдяки суперконденсатору — сучасному хімічному джерелу електрики. А в Америці начебто розробляють такі собі робоноги, які могли б дістатися туди, куди не може потрапити рятівник. На акумуляторах вони далеко не дійдуть, а ось на суперконденсаторах …

 За наукові розробки, пов’язані із цим дивом, вихованці Хіміко-екологічного ліцею (ХЕЛ) Дніпропетровська та Дніпропетровського обласного еколого-натуралістичного центру учнівської молоді нещодавно отримали призові місця на міжнародному Балтійському науково-інженерному конкурсі. Іван Герман та Роман Дуганець вибороли головний приз, а Станіслав Лавриненко посів 3 місце.

 Заряджається протягом 52 секунд!

«Конкурс був серйозним, на ньому ми побачили багато цікавих розробок. Спочатку хвилювалися і думали, що вийти вперед буде неможливо, та конкуренція лише підбурила наше бажання перемогти», — розповідають хлопці.

Наукові керівники школярів — кандидат технічних наук доцент Українського державного хіміко-технологічного університету (УДХТУ) і за сумісництвом викладач ХЕЛ, керівник гуртка «Юний хімік» в Дніпропетровському обласному еколого-натуралістичному центрі Вадим Коваленко та кандидат технічних наук доцент УДХТУ Валерій Коток. «У секції хімії було представницьке журі — 8 професорів, докторів наук. Ми втретє брали участь у Балтійському конкурсі. Цього року привозили три роботи, з яких дві посіли призові місця. Це дуже високий результат, — підкреслює Вадим Коваленко. — Обидві розробки цікаві й доповнюють одна одну. Хлопці вперше у світі отримали й довели нову структуру гідроксиду нікелю. Це речовина, яку використовують у суперконденсаторах».

Робота Станіслава присвячена вирощуванню гідроксиду нікелю на високопористій основі пінонікелю. Метод вирощування гідроксиду нікелю просто на ньому (замість нанесення вже готової речовини) дає істотні переваги. А нова структура речовини, яку отримали Іван та Роман, активніша, ніж досі відома. Якщо промисловий зразок гідроксиду нікелю містить 60% нікелю, то в роботі у хлопців — усього 40%. Що це дає? З огляду на те, що кілограм нікелю коштує 17 доларів США, — багато. Причому активність речовини у 2—3 рази вища! Це означає, що суперконденсатор працюватиме довше і даватиме більше електрики.

«Для запуску двигуна автомобіля використовують свинцевий акумулятор, який важить понад 15 кілограмів. А якщо використати наші розробки, його можна буде замінити на півкілограмовий суперконденсатор, залишивши масу акумулятора лише 1 кг,— пояснює Вадим Коваленко. — Відповідно менше буде в ньому шкідливих речовин — свинцю, сірчаної кислоти. А заряджатиметься вся система всього 52 секунди. Такі прилади можна застосовувати і в джерелах безперебійного живлення для комп’ютерів, і для потужних освітлювачів, і для міського електротранспорту».

Отже, напрям наукового пошуку дуже цікавий і в енергоощадному, і в екологічному контексті. На думку вченого, суперконденсатори спроможні дати значний поштовх розвитку електромобілів. Ці джерела струму нині доцільно використовувати в електричному транспорті як окремо, так і в поєднанні з традиційними акумуляторами. А в майбутньому суперконденсатори можуть їх замінити.

 Їхніми іменами названо малі планети

Науковці УДХТУ дослідженнями гідроксиду нікелю займаються вже багато років. Інші вихованці Коваленка та Котка вже виборювали призові місця на престижних міжнародних конкурсах. Зокрема, у 2008 році учні (а нині студенти) Марина Мешкович та Віталій Клокун посіли друге місце у конкурсі Intel ISEF в Америці. 2010 року Олександр Токарев повторив це досягнення, додавши роботі екологічного напрямку. Ці наукові розробки пов’язані з отриманням активного гідроксиду нікелю для використання в акумуляторах, зокрема з відходів — промислових стічних вод, відпрацьованих акумуляторів. Іменами цих дніпропетровських учнів назвали малі планети Сонячної системи. Адже за правилами конкурсу, тих, хто посідає 1 та 2 призові місця, вписують у спеціальний реєстр Міжнародного астрономічного товариства, і надалі їм надають сертифікати про те, що їхнім іменем названо небесне тіло.

Торік донька Вадима Леонідовича, учениця 10 класу ХЕЛ та еколого-натуралістичного центру Поліна Коваленко виграла головну регіональну премію Балтійського конкурсу і виборола друге місце на Intel ISEF, а також отримала спеціальний приз від міжнародної транснаціональної компанії Alcoa за участь у розробці розумних вікон. А вже в 11 класі на Міжнародному конкурсі винахідників «Leonardo Da Vinci», фінал якого відбувався в Грузії, дівчина посіла 3 місце. Розробка школярки дає змогу вікнам затемнюватися або освітлюватися під дією струму за допомогою екодатчиків. Наприклад, якщо потрібно затемнити вікно автомобіля при яскравому сонці і навпаки. Змінюється вікно за допомогою спеціальної плівки з гідроксидом нікелю, закладеною у склопакеті.

Науковий керівник талановитих школярів доцент Вадим Коваленко демонструє чи не єдиний сучасний прилад
у лабораторії кафедри технічної електрохімії, придбаний на грантові кошти
. Фото автора

Дослідження на ентузіазмі

За словами Вадима Коваленка, в Україні дослідженнями гідроксиду нікелю для джерел струму майже не займаються, на відміну від світових науковців, які щороку публікують по 30—40 статей на цю тематику. В УДХТУ науковці ведуть такі дослідження, можна сказати, на власному ентузіазмі. Застаріле обладнання, весь зовнішній вигляд лабораторії кафедри технічної електрохімії справляють враження, немов потрапив у 80-ті роки минулого сторіччя… Проте знайшовся тут і сучасний апарат — електронний потенціостат, придбаний у 2012 році за кошти гранту «Молоді вчені — Дніпропетровщині», який виграв Валерій Коток. Є також сучасний аналогово-цифровий перетворювач для запису даних на комп’ютер, куплений за власні кошти науковців.

Якщо потенціостат коштує 17 тисяч гривень, то сучасний електронний мікроскоп — майже мільйон доларів США. Цей дорогущий прилад у виші всього один. Валерій Коток і тут виручив свою наукову групу. Викладач виграв грант на стажування у французькому університеті в Монпельє саме щодо досліджень гідроксиду нікелю і, скориставшись можливістю, частину дослідів для своїх вихованців зробив на тамтешньому сучасному устаткуванні, зокрема й на електронному мікроскопі.

Вадим Коваленко зазначає, що найбільшою проблемою були дослідження за сучасними методами. Інколи зробити їх допомагали спонсори, а за деякі досліди доводилося платити з власної кишені науковим керівникам і з батьківської — учням. Зазвичай і за проїзд на міжнародні конкурси платять самі учасники.

Валерій Коток про роботи своїх підопічних, презентовані у Санкт-Петербурзі, каже, що вони мають практичне застосування і дуже перспективні. «Зокрема в Росії розробками в цій галузі займаються п’ять підприємств. Чекаємо пропозицій від українських державних і приватних організацій», — каже науковець.

Між тим, роботами учнів уже зацікавилися деякі іноземні й вітчизняні компанії. Зокрема, за словами Вадима Коваленка, в Державному космічному агентстві України побачили можливість використання цих досліджень для Сухого космодрому як джерело живлення електродвигунів, що доставляють ракету на місце старту.

Насамкінець.Нещодавно у Києві на Всеукраїнському конкурсі науково-технічних робіт учнів «Intel-Еко Україна 2013» Іван Герман та Роман Дуганець посіли 2 місце і представлятимуть Україну на Міжнародному фестивалі молодих вчених E(x)plory у Польщі. А Станіслав Лавриненко виборов 1 місце та право представляти Україну на міжнародному конкурсі «I-Sweeep 2013» у США (м. Х’юстон). Станіслав також отримав грант фонду Леоніда Кучми у розмірі 10,6 тисячі гривень для оплати проїзду на конкурс.

 ПРЯМА МОВА

Олег ГІРІН,
проректор УДХТУ з наукової роботи доктор технічних наук,
професор:

— На розвиток науки держава виділяє УДХТУ близько 4 мільйонів гривень. Для отримання бюджетного фінансування науково-дослідні роботи повинні пройти жорсткий конкурсний відбір у Міносвіти. В нашому університеті виконують дослідження за 15 фундаментальними та прикладними роботами, які мають фінансування з держбюджету. І наші науковці одержали пріоритетні результати не тільки в хімічній, а й у медичній, металургійній, гірничій, переробній галузях. Наукова робота Коваленка і Котка не брала участі в конкурсі на держфінансування, і тому її слід вважати ініціативною. Такі ініціативні роботи (а в нашому університеті є не менш цікаві розробки) в перспективі можуть слугувати базою для одержання бюджетного фінансування.

 В УДХТУ є лабораторії, оснащені модернізованим обладнанням, які відповідають сучасним вимогам. 2011 року в університеті створено чотири центри колективного використання унікального наукового устаткування, де проводять дослідження із застосуванням рентгенівського фазового аналізу, растрової електронної мікроскопії, інфрачервоної спектроскопії та хроматографії.