Лаборатория химических источников тока -

Заведующий лабораторией:

Елшина Людмила Августовна, д-р хим. наук

WebСтраница

Телефон: +7 (343) 3623644

E-mail: yolshina[at]ihte.uran.ru

В Институте электрохимии Уральского филиала АН СССР в 1962 году была создана «Лаборатория топливных элементов», первый состав которой был сформирован из части сотрудников Лаборатории коррозии. Первым ее руководителем стал д. х. н. Геннадий Константинович Степанов. В 1980 году она была переименована в «Лабораторию химических источников тока». С 1985 по 2015 гг. лабораторию ХИТ возглавлял к.х.н., почетный работник науки и техники РФ Баталов Н.Н.

В состав Лаборатории химических источников тока входят 24 человека, из них 2 доктора химических наук и 10 кандидатов химических наук.

Web страницы сотрудников лаборатории

_____________________________________________________________________________________________________

Актуальность тематик проводимых исследований лаборатории подтверждается интересом со стороны научных фондов (РФФИ, РНФ, Минобрнауки) и промышленных партнеров (ФГУП «РФЯЦ-ВНИИТФ им. академ. Е.И. Забабахина г. Снежинск, РФЯЦ-ВНИИЭФ г. Саров, ОАО «Созвездие» ВНИИС г. Воронеж, НИИХИТ-2 г. Саратов, ОАО «Иркутская электросетевая компания», «Ниссан», LG electronics, Samsung SDI, АО «Уралэлемент»).

Основные достижения лаборатории

Предложен новый метод синтеза металл-графеновых композитов при взаимодействии углеродсодержащих прекурсоров с расплавленным алюминием или его сплавами с медью, марганцем, магнием, кремнием или железом под слоем расплавленных галогенидов щелочных металлов. Образуемый внутри металлической матрицы углерод представляет собой бездефектный 2-3 слойный графен, пленки которого равномерно распределены внутри алюминиевой матрицы Получаемые таким методом алюминий-графеновые композиты обладают улучшенными механическими и электрохимическими характеристиками в зависимости от концентрации графеновых включений в металле – одновременным увеличением прочности, твердости и пластичности, а также повышенными на 10-15% электро- и теплопроводностью. При 300 градусах Цельсия алюминий-графеновые композиты обладают аномально высокой пластичностью.
Исследованы разрядные характеристики элементов термоактивируемого химического источника тока (ТХИТ), содержащих в качестве положительного электрода смеси галогенидов и оксидов переходных металлов. Отработаны методики изготовления активных компонентов и сепараторов для исследуемых ТХИТ. Представлены конструкционные решения организации батарей ТХИТ, обладающих высокой мощностью, способных работать в широком диапазоне климатических условий и адаптированных к значительным механическим нагрузкам. Последние разработки позволяют обеспечить длительность работы элементов батареи до 1 часа с возможностью эксплуатации в широком диапазоне температур окружающей среды (от -60 до 60°С).
Проведены исследования, направленные на разработку пожаробезопасного алюминий-ионного аккумулятора (АИА), способного функционировать при комнатной и отрицательных температурах. Систематически исследованы плотность, вязкость, электропроводность и числа переноса ионов хлоралюминатных ионных жидкостей (ИЖ) в широком интервале содержания трихлорида алюминия при температурах от -30 до 100°С. На основании проведенных фундаментальных исследований по свойству ИЖ и механизмов электродных реакций был разработан макет АИА с алюминий-графеновым анодом, углеродным катодом и кислой ИЖ (AlCl₃–1-этил-3-метилимидазолий хлорид). Отличительными особенностями АИА являются быстрая зарядка, высокая кулоновская эффективность и сохранение ёмкости катодного материала в течение 3000 циклов заряда/разряда в гальваностатическом режиме.
Проведены исследования по оптимизации состава, проводимости и методик синтеза стеклообразных, керамических, композиционных и стеклокерамических электролитов с проводимостью по катионам лития, натрия и калия. Наиболее высокопроводящие составы обладали значениями униполярной литий-ионной проводимости ~10^-3-10^-4 См/см при комнатной температуре. Для ряда литиевых и натриевых фаз, представляющих интерес в качестве электродных материалов и твёрдых электролитов для полностью твердофазных ХИТ, исследована связь транспортных свойств с деталями кристаллической структуры в широком температурном интервале. Получены нанопорошки слоистых оксидов в системе M₂O – V₂O₅ (M=Li, Na, K), которые способны легко покрывать поверхность твердого электролита, обеспечивая плотный контакт между двумя твердыми фазами в разрабатываемых полностью-твердофазных источниках тока. Исследована химическая устойчивость твёрдых электролитов с литий- и натрий-катионной проводимостью по отношению к соответствующему щелочному металлу как в бестоковом режиме, так и при заряд-разрядном циклировании, а также стабильность этих твёрдых электролитов в контакте с электродными материалами на основе ванадиевых бронз при комнатной и при повышенных температурах. Предложена стратегия организации плотного контакта на границе твердый электролит электрод благодаря введению литий-проводящей стеклообразной или низкоплавкой добавки в LiCoO₂ и Li₄Ti₅O₁₂. С целью снижения сопротивления на границе между Li анодом и твердым электролитом предложено введение 150 нм Al, либо переход к Li-In сплаву, сформированному методом in-situ.
В области технологий карбонатного топливного элемента (РКТЭ) были проведены широкие исследования физико-химических свойств карбонатных расплавов, термодинамики равновесий в топливных и окислительных газовых смесях, начаты систематические исследования электродных процессов. Были проведены успешные стендовые испытания 200 Вт стэков РКТЭ с внешней конверсией природного газа в течение 2000 часов. С 2015 года ведутся исследования применимости технологии РКТЭ для захвата углекислого газа из воздуха и промышленных газов. Пройдены государственные испытания установки по захвату углекислого газа из воздуха в замкнутых помещениях на основе РКТЭ совместно с «Центром Келдыша» (г. Москва), показана высокая эффективность технологии даже при таких низких концентрациях СО₂ как 0.5 – 2 %.