Лаборатория химических источников тока

Заведующая лабораторией: Ёлшина Людмила Августовна, д. х. н.

Телефон: (343) 3623644

E-mail: yolshina@ihte.uran.ru

В 1962 году в Институте электрохимии Уральского филиала АН СССР была создана «лаборатория топливных элементов», первый состав которой был сформирован из части сотрудников лаборатории коррозии. Первым ее руководителем стал к. х. н. Геннадий Константинович Степанов. В 1980 году была переименована в «Лабораторию химических источников тока». В состав лаборатории в настоящее время входят 19 сотрудников из них 2 доктора и 9 кандидатов химических наук.

Научные направления:

1. Разработка научных основ создания карбонатных топливных элементов, работающих на различных видах топлива, с повышенным ресурсом работы.
2. Разработка научных основ создания полностью твердофазных литий-ионных аккумуляторов с высокими показателями удельной энергии, количеству циклов заряд-разряд, срокам хранения и безопасности.
3. Разработка научных основ создания мощных резервных (тепловых) химических источников тока.

Объекты исследований:

1. Твердые электролиты с проводимостью по катионам щелочных металлов.
2. Твердополимерные электролиты с проводимостью по катионам лития.
3. Литий- и натрийпроводящие стекла и стеклокерамические материалы.
4. Литий- и натрийпроводящие композиционные полимерные электролиты.
5. Катодные и анодные материалы для литиевых химических источников тока
6. Катодные материалы для карбонатного топливного элемента.

Методы исследований:

1. Кондуктометрия.
2. Импедансспектроскопия и другие релаксационные методы исследования кинетики электродных процессов.
3. Вольтамперометрия.
4. Хронопотенциометрия и хроноамперометрия.
5. Рентгенофазовый анализ.
6. Инфракрасная спектроскопия.
7. Оптическая и растровая электронная микроскопия.
8. Дифференциальный термический анализ.
9. Синхронный термический анализ.
10. Спектроскопия ядерного магнитного резонанса.
11. Молекулярно-динамическое и термодинамическое моделирование.
12. Квантово-химическое моделирование.

Основные достижения:

1. Исследована кинетика и механизм электровосстановления кислорода в карбонатных расплавах на различных оксидных полупроводниковых материалах.
2. Определена кинетика и механизм генерации тока в области трехфазной границы на кислородном электроде карбонатного топливного элемента.
3. Определена кинетика и механизм электровосстановления расплавленных нитратов, хлоратов и перхлоратов щелочных металлов.
4. Проведены исследования поляризационных явлений на границе твердые литийпроводящие электролиты/расплавленные электролиты.
5. Исследована кинетика и механизм электровосстановления галогенидов и оксидов переходных металлов и их смесей в расплавленных смесях галогенидов щелочных металлов.
6. Синтезированы, определена или уточнена структура твердых катионпроводящих электролитов на основе двойных оксидов и нитридов. Исследованы их транспортные свойства, предложены механизмы ионного переноса.
7. Определены характеристики, влияющие на транспортные свойства композиционных электролитов с аморфной фазой (стекло, полимер).
8. Исследована структура, физико-химические свойства и механизмы ионного переноса в твердых литийпроводящих полимерных электролитах.
9. Предложены общие молекулярные механизмы, определяющие структурообразование в аморфных полимерных электролитах в пределах всей области гомогенности.
10. Полученные фундаментальные результаты заложили научные основы для получения твердых полимерных электролитов с суперионной проводимостью при температурах окружающей среды.
11. Получены новые уникальные электролитические материалы – твердые полимерные электролиты с униполярной проводимостью по катионам лития, обладающие качественно иным уровнем пожаро- и взрывобезопасности по сравнению с источниками тока массового выпуска.

Прикладные разработки:

1. Резервный химический источник тока. Предназначен для энергопитания автономных устройств специальной техники. Разработка внедряется в производство, благодаря высоким удельным электрическим характеристикам: мощность 0,1 – 100 кВт, время работы 1 – 60 минут, работоспособность при любой температуре окружающей среды от -50 до +50°С длительный срок хранения до приведения в действие не менее 15 лет.
2. Разработаны новые (альтернативные) катодные материалы для карбонатных топливных элементов с высокой электрохимической активностью и повышенным ресурсом работы.
3. Разработан лабораторный макет натриевого электрода сравнения. Натриевый электрод сравнения предназначен для ионометрического определения содержания солей натрия в почве и морской воде. Данный электрод актуален для станций катодной защиты подземных и морских трубопроводов и сооружений.
4. Разработана технология изготовления полимерных электролитов с проводимостью выше 10^-3 См/см для литий-ионных аккумуляторов.
5. Лабораторная модель установки по электрохимической регенерации воздуха. Предназначена для очистки воздуха от углекислого газа, позволяет получать из воздуха раздельно кислород и углекислый газ высокой чистоты.