НОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ И УСТРОЙСТВА ДЛЯ ВОДОРОДНОЙ И ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ЭНЕРГЕТИКИ И СЕНСОРНЫХ ПРИЛОЖЕНИЙ

Отчет 200 с., 1 кн., 130 рис., 9 табл., 157 источн., 2 прил. ТВЕРДЫЕ ЭЛЕКТРОЛИТЫ, ПОЛИЭЛЕКТРОЛИТ, МЕМБРАНА, ПРОВОДИМОСТЬ, ЭЛЕКТРОКАТАЛИЗ, БИОЭЛЕКТРОКАТАЛИЗ, ПЛАЗМОЭЛЕКТРОХИМИЯ, КВАНТОВОХИМИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ, ВОДОРОДНАЯ И ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ ЭНЕРГЕТИКА, АККУМУЛЯТОР ВОДОРОДА, ХИМИЧЕСКИЙ ИСТОЧНИК ВОДОРОДА, РЕДОКС-ПОЛИМЕРЫ, МЕТАЛЛ-ИОННЫЙ АККУМУЛЯТОР, ТОПЛИВНЫЙ ЭЛЕМЕНТ, НЕЙТРАЛИЗАЦИОННАЯ БАТАРЕЯ Объекты исследования: новые материалы и прототипы устройств водородной и электрохимической энергетики, электрохимических сенсоров. Цель работы - разработка фундаментальных физико-химических основ получения новых материалов и технологий для химических источников тока, материалов и технологий аккумулирования и генерирования водорода, сенсорных приложений; установление закономерностей электродных процессов в различных электрохимических системах для создания отечественных химических источников тока, сенсоров, в т.ч. биосенсоров, электрокатализаторов разных целевых процессов и пр.; разработка экспериментальных образцов электрохимических устройств на основе созданных материалов и апробация их в технике. В области материалов и устройств для хранения и генерации водорода в 2024 г. разработаны новые металлогидридные композитные материалы с высоким содержанием обратимо связанного водорода; получены металл-графеновые и металл-наноуглерод-графеновые сорбенты водорода и исследованы их свойства. Созданы комплексные соединения, перспективные как химические источники водорода, и исследованы их свойства (системы [Mg(BH4)2-Al(BH4)3-NH3 и [Mg(BH4)2-Zn(BH4)2-NH3. В области материалов для электрохимических устройств генерации энергии разработаны и оптимизированы методики синтеза новых электролитов, определены их физико-химические и электрохимические свойства; изучен механизм деградации литиевой формы мембраны типа Nafion. Исследовано влияние условий получения крмпозитов кремний-графит и условий синтеза наночастиц оксида железа на их электрохимические свойства, в т.ч. в составе электродов литий-ионных аккумуляторов. Разработаны и созданы новые композитные электроды для никель-металлогидридных источников тока. Разработан, синтезирован и исследован ряд электрокаталитических материалов различного типа, в т.ч. для применения в составе топливных элементов и электролизеров, проведена оптимизация составов электрокаталитических слоев этих устройств. Оптимизирована методика изготовления керметных анодных подложек на основе Ni/(ZrO2-Y2O3) с точки зрения взаимосвязи свойств «электропроводность – пористость» для дальнейшего формирования многослойной структуры ТОТЭ анод-несущей конструкции. В области создания прототипов электрохимических устройств генерации и запасания электроэнергии разработаны МЭБ нейтрализационной батареи с рекордной удельной мощностью разряда более 50 мВт/см2 с использованием тепловой энергии низкого потенциала; проведено моделирование и оптимизация конструкции твердополимерных топливных элементов, а также моделирование процессов деградации батарей ТПТЭ. В области электрохимических сенсоров разработаны и испытаны новые редокс-полимеры в качестве медиаторов переноса электрона и мембраны для экспериментальных образцов амперометрических биосенсоров глюкозы продолжительного действия. Более подробно результаты, их актуальность и перспективы использования описаны во введении.