Разработка методов получения и диагностики материалов для энергоэффективных технологий

Представленный проект направлен на решение фундаментальных и прикладных задач, которые ставит перед исследователями современное развитие энергоэффективных технологий, включая водородную энергетику. Объекты изучения – кристаллические материалы с высокой протонной проводимостью, что обуславливает их перспективность для разработки различных электрохимических устройств, в том числе топливных элементов с протонобменными мембранами. Определение взаимосвязи химического состава кристаллических материалов, их структуры и физических свойств является фундаментальной научной проблемой, для решения которой необходимы комплексные исследования в области синтеза и выращивания кристаллов, определение атомного строения и изучение изменения физико-химических параметров в различных термодинамических условиях. Только при таком комплексном подходе можно успешно решать задачи получения новых функциональных материалов с прогнозируемыми свойствами.Для получения новых соединений и материалов планируются исследования сложных ростовых водно-солевых систем (NH4)2SO4 - K2SO4 - H2SO4 - H2O и (NH4)2SO4 - Rb2SO4 - H2SO4 - H2O, включая развитие методик исследования более сложных пятикомпонентных систем. Результаты таких исследований позволят выращивать кристаллы надлежащего качества, необходимого для исследований свойств и структуры. Для характеризации материалов будут использованы методы дифференциальной сканирующей калориметрии/термогравиметрического анализа (ДСК/ТГА), импедансной спектроскопии (ИС), температурной оптической микроскопии кристаллов, рентгенофазового анализа (РФА), температурные электрохимические исследования в водороде, а также структурный анализ.Для решения поставленных задач важное значение имеет методологическая часть проекта. При установлении механизмов изменения функциональных свойств водородсодержащих соединений особое внимание уделяется системам водородных связей, наиболее эффективным методом изучения которых является нейтронография. Наряду с получением данных о новых материалах с высокой протонной проводимостью, в рамках проекта будут внедрены и апробированы методики исследования структуры монокристаллов с помощью дифракции нейтронов на горизонтальном канале реактора ИР-8 (НИЦ КИ). С целью достижения наиболее высокого качества экспериментальных данных будет выполнено сравнительное тестирование характеристик монокристальных нейтронных дифрактометров, установленных на горизонтальных каналах реакторов ИР-8 (НИЦ КИ) и ВВР-ц (АО НИФХИ). Такие экспериментальные методики будут востребованы, несомненно, в дальнейшем для изучения различных водородсодержащих соединений, учитывая увеличение числа таких неорганических и биоорганических материалов и процессов, в которых водородные связи играют значительную роль. Сравнение экспериментальных возможностей аналогичных по назначению установок будет способствовать развитию метода монокристальной нейтронной дифракции в соответствии с современными требованиями MEGA-Science, обеспечивая возможность проведения нейтронографических структурных исследований высокого уровня в нашей стране.