↑ Вернуться: Лаборатории

Лаборатория твердооксидных топливных элементов

TxgrrXOjo3EЗаведующий лабораторией: Ананьев Максим Васильевич, д. х. н.

Телефон: (343)362-33-01

E-mail: m.ananyev@mail.ru

 

В лаборатории работает 30 сотрудников, в том числе 3 доктора химических наук и 9 кандидатов химических наук и 4 кандидата физико-математических наук.

 

 

 

 

 

Научные направления:

  1. Ионные и смешанные твердые оксидные проводники.
  2. Транспортные свойства твердооксидных проводников.
  3. Активные электроды для топливных элементов, работающих при умеренно высоких температурах.
  4. Кинетика электродных реакций в электрохимических системах с кислород- и протон-проводящими твердыми электролитами.
  5. Природа деградационных процессов в топливных элементах.
  6. Моделирование макрокинетических процессов в ячейках и устройствах на твердых оксидных проводниках.
  7. Твердооксидные электрохимические устройства: топливные элементы, электролизеры, конвертеры газов, электрохимические насосы и датчики.
  8. Изучается кинетика взаимодействия перспективных для электрохимических приложений оксидных материалов с газовой фазой. Разрабатываются и совершенствуются методы исследования кинетики обмена и диффузии легких атомов с использованием стабильных изотопов на границе газовая фаза — оксид для соединений с кислородной, протонной или смешанной проводимостью, а также на трехфазной границе — газовая фаза—электрод—электролит.
  9. Выполняются теоретические исследования твердых электролитов и электронно-ионных проводников. Проводятся разработки в области микроскопической и феноменологической теории процессов переноса и релаксации, термодинамических свойств, дефектообразования и обусловленных дефектами свойств перспективных материалов с высокой ионной проводимостью. Работы последних лет связаны в основном с исследованиями протонпроводящих оксидов.

Методы исследований:

  1. Метод изотопного обмена с анализом газовой фазы для исследования кинетики взаимодействия кислорода газовой фазы с электрохимическими материалами.
  2. Метод релаксации давления кислорода для исследования химического обмена и диффузии кислорода, для измерения кислородной нестехиометрии.
  3. Метод релаксации давления водорода для исследования растворимости водорода в протонпроводящих оксидах.
  4. Методы цифровой обработки изображений РЭМ для анализа микроструктуры электрохимических материалов.
  5. Используются современные аналитические методы теории конденсированных сред, а также методы компьютерного моделирования (молекулярной статики, Монте-Карло и др.).

Аналитическое сопровождение НИР лаборатории осуществляется в ЦКП «Состав вещества».

Основные достижения:

  1. Разработаны методики, необходимые для структурного, элементного анализа и микроанализа веществ и материалов, применяемых в исследовательской практике ИВТЭ. Основные методики выполнения измерений аттестованы в соответствии с ГОСТ Р8.563-96 и внесены в Федеральный реестр и реестр УрО РАН.
  2. Установлены закономерности поведения двойного электрического слоя на границе раздела жидкий металл-твердый оксидный электролит и определены потенциалы нулевого заряда широкого ряда металлов.
  3. Созданы научные основы высокотемпературного электролиза газов.
  4. Определены закономерности кинетики взаимодействия кислорода газовой фазы (О2, CO+CO2) c кислородом электролитов на основе ZrO2, CeO2, Bi2O3, Ba(Sr)CeO3, LaGaO3, рядом металлических и оксидных электродных материалов.
  5. Предложены механизмы токообразования и лимитирующие стадии электродных реакций в твердых оксидных электролитах.
  6. Определены природа импеданса с постоянным фазовым углом высокочастотного процесса на кислородных электродах в контакте с твердым оксидным электролитом и закономерности поведения емкости двойного электрического слоя.
  7. Установлены закономерности электрохимического поведения систем с твердым протонпроводящим электролитом на основе BaCeO3 в восстановительных газовых средах.
  8. Установлены закономерности электрохимического поведения систем с твердым электролитом на основе LaGaO3.
  9. Изучено влияние допирования акцепторными, донорными и изовалентными элементами на физико-химические и транспортные свойства различных твердооксидных систем.
  10. Разработаны, изготовлены и испытаны макеты электрохимических генераторов на твердооксидных топливных элементах мощностью 100, 200, 300 и 1500 Вт. Разработаны теоретические основы электрохимической конверсии как способа получения чистого водорода. Разработаны и исследованы материалы со смешанной проводимостью как основы электрохимических конвертеров.