Мы используем cookie файлы.
Пользуясь сайтом, вы соглашаетесь с нашей Политикой конфиденциальности.

Номер договора
075-15-2019-1924
Период реализации проекта
2019-2021
Заведующий лабораторией

По данным на 01.11.2022

5
Количество специалистов
17
научных публикаций
Общая информация

Очевидные успехи развития водородной энергетики в области создания твердооксидных топливных элементов, производство которых находится уже на начальной стадии коммерциализации, ставит задачи поиска более экономичных путей получения топлива. Ученые лаборатории проводят всестороннее систематическое изучение оксидных систем на основе РЗЭ, бария и 3d-переходных металлов (Mn, Fe, Co, Ni) для выявления конкретных составов пригодных для эффективного практического применения в устройствах получения топлива. 

Название проекта: Химический дизайн новых многофункциональных материалов

Цели и задачи
Цель проекта:

Всестороннее систематическое изучение оксидных систем на основе РЗЭ, бария и 3d-переходных металлов (Mn, Fe, Co, Ni) для выявления конкретных составов пригодных для эффективного практического применения в устройствах получения топлива (электролизерах, приборах для конверсии водяного пара, мембранах и прочее)

Направления исследований: неорганическая и ядерная химия

Практическое значение исследования

Научные результаты:

  • Отработана методика синтеза сложнооксидных материалов на основе РЗЭ/ЩЗЭ и 3d-переходных металлов. Определены границы областей существования и структурные характеристики многокомпонентных твердых растворов. Выявлены закономерности изменения электротранспортных свойств, термического расширения, кислородной нестехиометрии оксидных материалов при изменении концентрации допантов, температуры и парциального давления кислорода. Проведена оценка химической совместимости исследованных оксидов с наиболее распространенными твердыми электролитами и с компонентами рабочей атмосферы. Проведены расчеты равновесных выходов водорода и дана оценка применимости оксидных материалов для использования в термохимических окислительно-восстановительных циклах. Измерены вольт-амперные характеристики единичных топливных ячеек на основе кислород-проводящего и протон-проводящего электролита.
  • Получен большой массив экспериментальных данных о материалах, перспективных для применения в области водородной энергетики, включающий сведения о термодинамической стабильности сложных оксидов, фазовых диаграммах состояния систем, кислородной нестехиометрии и дефектной структуре, а также таких важных функциональных свойствах как электропроводность, термическое расширение, химическая совместимость.
  • Установлена взаимосвязь химического состава, кристаллической и дефектной структуры, термодинамики разупорядочения и кислородного обмена с комплексом целевых химических, электрофизических и термохимических свойств сложных оксидов различных структурных типов.
  • Показана возможность практической применимости различных оксидных соединений в качестве эффективных реакционноспособных материалов в термохимических окислительно-восстановительных циклах, катодов твердооксидных кислород(протон)-проводящих топливных элементов и анодов электролизеров воды в среднетемпературном интервале.

Внедрение результатов исследования:

Материалы, полученные и охарактеризованные при выполнении проекта, были использованы для создания электрохимического генератора на основе микротрубчатого твердооксидного топливного элемента по договору с Госкорпорацией «Росатом».

Образование и переподготовка кадров:

  • Подготовлена и открыта магистерская программа на английском языке «Химия и физика новых многофункциональных материалов»/«Chemistry and Physics of new Functional materials» (код направления подготовки - 04.04.02, первый набор на программу планируется в 2023 году).
  • Издан учебник «Химическая термодинамика» (авторы А.Ю. Зуев, Д.С. Цветков. Екатеринбург, Изд-во Уральского университета 2021, 183 с. ISBN 978-5-7996-3029-4).
  • В 2020-2022 гг. проведены зимние школы по химии твердого тела и Всероссийские молодежные научные конференции с международным участием «Проблемы теоретической и экспериментальной химии».
  • Подготовлены и защищены 1 докторская и 4 кандидатские диссертации.

Сотрудничество:

  • Лаборатория CRISMAT (Франция): совместные научные исследования с последующей публикацией результатов в виде статей и тезисов докладов на конференциях.
  • Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской академии наук (Россия): совместные исследовательские работы по созданию новых материалов для водородной энергетики.
  • Госкорпорация «Росатом» (Россия): разработка технологии изготовления микротрубчатого твердооксидного топливного элемента с протон-проводящим электролитом (выполнение договоров в рамках приоритетного направления научно-технологического развития «Водородная энергетика»).
Скрыть Показать полностью
N.E. Volkova, K.S. Tolstov, L.Ya. Gavrilova, B. Raveau, A. Maignan, V.A. Cherepanov
Phase equilibria and stability of intermediate phases in the Sm2O3 – BaO – Fe2O3 system. // Journal of the American Ceramic Society, 2021, V. 104, № 5, P. 2410–2417.
N.E. Volkova, M.V. Bazueva, D.T. Aisarinova, A.D. Alkhamova, L.Ya. Gavrilova, V.A. Cherepanov, A. Maignan
Influence of A- and B-site substitutions on crystal structure and oxygen content in air-prepared Ba1 xPrxFe1-yCoyO3-δ perovskites. // Journal of Alloys and Compounds. 2021, V. 860, P. 158438
L.V. Khvostova, N.E. Volkova, L.Y. Gavrilova, A. Maignan, V.A. Cherepanov
Phase equilibria and oxygen content of intermediate phases in the Sm2O3–SrO–Fe2O3 system. // Journal of the European Ceramic Society. 2021. V. 41. P. 4199-4205.
D.S. Tsvetkov, R.E. Yagovitin, V.V. Sereda, D.A. Malyshkin, I.L. Ivanov, A.Yu. Zuev, A. Maignan
Defect structure and redox energetics of NdBaCo2O6-δ. // Solid State Ionics. 2021. V.361. P. 115549.
V.V. Sereda, D.A. Malyshkin, I.L. Ivanov, D.S. Tsvetkov, A.Yu. Zuev, A. Maignan, Redox
Thermochemistry, Thermodynamics, and Solar Energy Conversion and Storage Capability of Some Double Perovskite Cobaltites. // Inorganic Chemistry. 2021.
I.B. Golovachev, M.Yu. Mychinko, N.E. Volkova, L.Ya. Gavrilova, B. Raveau, A. Maignan, V.A. Cherepanov
Effect of cobalt content on the properties of quintuple perovskites Sm2Ba3Fe5-xCoxO15-δ. // Journal of Solid State Chemistry. 2021. V. 301. P. 122324.
A.R. Gilev, E.A. Kiselev, D.S. Chezganov, A.S. Volegov, E.R. Khuzyagulov, V.A. Cherepanov, A. Maignan
Enhancement of oxygen permeation flux through the La1.5Sr0.5Ni1-yMnyO4+δ ceramic membranes by manganese doping. // Journal of the European Ceramic Society. 2021. V. 41. P. 369-379.
A.L. Sednev-Lugovets, V.V. Sereda, D.A. Malyshkin, D.S. Tsvetkov, I.L. Ivanov, A.Yu. Zuev, A. Maignan
Defect chemistry and high-temperature thermodynamics of PrBaCo2O6-δ. // Journal of Chemical Thermodynamics. 2021. V. 161. P. 106523
T.V. Aksenova, N.E. Volkova, A. Maignan, V.A. Cherepanov
Phase equilibria in the Nd2O3–BaO–Fe2O3 system. Crystal structure, oxygen content and properties of intermediate oxides. // Journal of the American Ceramic Society. 2022. V. 105. P. 3601–3612.
A.R. Gilev, E.A. Kiselev, K.S. Sukhanov, D.V. Korona, V.A. Cherepanov
Evaluation of La2-x(Ca/Sr)xNi1-yFeyO4+δ (x=0.5, 0.6; y=0.4, 0.5) as cathodes for proton-conducting SOFC based on lanthanum tungstate. // Electrochimica Acta. 2022. V. 421. P. 140479.
Другие лаборатории и ученые
Лаборатория, принимающая организация
Область наук
Город
Приглашенный ученый
Период реализации проекта
Междисциплинарная лаборатория мирового уровня «Редокс-активных молекулярных систем»

Казанский научный центр РАН - (ФИЦ КазНЦ РАН)

Химия

Казань

Алабугин Игорь Владимирович

Россия, США

2022-2024

Лаборатория «Спиновая гиперполяризация»

Международный томографический центр СО РАН - (МТЦ СО РАН)

Химия

Новосибирск

Боденхаузен Джеффри

Франция, Нидерланды

2021-2023

Лаборатория СВЧ-активации каталитических процессов

Институт органической химии им. Н. Д. Зелинского РАН - (ИОХ РАН)

Химия

Москва

Салми Тапио Олави

Финляндия

2021-2023