Школьники «Больших вызовов» вместе с учеными ФИЦ ПХФ и МХ РАН изучили материалы для натрий-ионных аккумуляторов
В Сочи на Федеральной территории «Сириус» закончилась научно-технологическая проектная образовательная программа «Большие вызовы», которая в этом году проходила в девятый раз с 01 по 24 июля. В рамках программы 436 школьников из 71 региона нашей страны выполнили 79 проектов, предложенных крупными компаниями – партнерами «Сириуса». Всего в многоступенчатом отборочном конкурсе в этом году приняли участие более 14000 школьников.
Сотрудники ФИЦ Проблем химической физики и медицинской химии РАН традиционно приняли участие в этой программе. Руководителем одного из 14 направлений программы под названием «Новые материалы» является Дмитрий Иванов (зав. лабораторией перспективных материалов для биомедицины и энергетики), а этом году сотрудники лаборатории технологий материалов и устройств электрохимических источников энергии Центра компетенций НТИ «Новые и мобильные источники энергии» Любовь Шмыглева и Анна Лочина руководили проектом «Полимеры для натрий-ионных аккумуляторов - безопасный гибкий электролит».
В рамках этого проекта пять школьников из Москвы, Зеленограда, Череповца и Казани исследовали полимерный натрий-проводящий электролит и показали его работоспособность в твердотельном натрий-ионном аккумуляторе. За три прошедшие недели ребята получили опыт работы в научной лаборатории: познакомились не только с различными методами исследований, но и получили возможность самостоятельно провести некоторые эксперименты на дорогостоящем оборудовании, анализировать полученные результаты и представлять их к защите экспертной комиссии. Помимо этого ребята прослушали лекции, которые прочитали сотрудники ФИЦ Дмитрий Иванов («Дизайн и изучение новых материалов на объектах мегасайенс») , Денис Анохин («"Умные" материалы: получение, свойства, применение» и Алексей Паевский («Создатели батареек. Люди и химия»).
«В самый разгар лета вместо того, чтобы отдыхать и купаться в море, школьники с утра до вечера 6 дней в неделю работали над своими проектами вместе с нами, со своей командой и кураторами. Нам очень повезло с юной командой. Ребята удачно распределили себе роли инженера-исследователя, химика-технолога, химика-аналитика, инженера-технолога и инженера-тестировщика, они им всем подошли. Были лекции по устройству, материалам и принципу работы металл-ионных аккумуляторов, методам исследования, семинары и практические занятия. Несмотря на такой плотный график и возникающие сложности, мы с нашей командой находили время и для развлечений. В итоге – выполненный проект, его защита, новый для всех нас опыт, а также море положительных эмоций и теплых воспоминаний», - резюмирует полученный опыт руководитель проекта Любовь Шмыглева.
В Сочи на Федеральной территории «Сириус» закончилась научно-технологическая проектная образовательная программа «Большие вызовы», которая в этом году проходила в девятый раз с 01 по 24 июля. В рамках программы 436 школьников из 71 региона нашей страны выполнили 79 проектов, предложенных крупными компаниями – партнерами «Сириуса». Всего в многоступенчатом отборочном конкурсе в этом году приняли участие более 14000 школьников.
Сотрудники ФИЦ Проблем химической физики и медицинской химии РАН традиционно приняли участие в этой программе. Руководителем одного из 14 направлений программы под названием «Новые материалы» является Дмитрий Иванов (зав. лабораторией перспективных материалов для биомедицины и энергетики), а этом году сотрудники лаборатории технологий материалов и устройств электрохимических источников энергии Центра компетенций НТИ «Новые и мобильные источники энергии» Любовь Шмыглева и Анна Лочина руководили проектом «Полимеры для натрий-ионных аккумуляторов - безопасный гибкий электролит».
В рамках этого проекта пять школьников из Москвы, Зеленограда, Череповца и Казани исследовали полимерный натрий-проводящий электролит и показали его работоспособность в твердотельном натрий-ионном аккумуляторе. За три прошедшие недели ребята получили опыт работы в научной лаборатории: познакомились не только с различными методами исследований, но и получили возможность самостоятельно провести некоторые эксперименты на дорогостоящем оборудовании, анализировать полученные результаты и представлять их к защите экспертной комиссии. Помимо этого ребята прослушали лекции, которые прочитали сотрудники ФИЦ Дмитрий Иванов («Дизайн и изучение новых материалов на объектах мегасайенс») , Денис Анохин («"Умные" материалы: получение, свойства, применение» и Алексей Паевский («Создатели батареек. Люди и химия»).
«В самый разгар лета вместо того, чтобы отдыхать и купаться в море, школьники с утра до вечера 6 дней в неделю работали над своими проектами вместе с нами, со своей командой и кураторами. Нам очень повезло с юной командой. Ребята удачно распределили себе роли инженера-исследователя, химика-технолога, химика-аналитика, инженера-технолога и инженера-тестировщика, они им всем подошли. Были лекции по устройству, материалам и принципу работы металл-ионных аккумуляторов, методам исследования, семинары и практические занятия. Несмотря на такой плотный график и возникающие сложности, мы с нашей командой находили время и для развлечений. В итоге – выполненный проект, его защита, новый для всех нас опыт, а также море положительных эмоций и теплых воспоминаний», - резюмирует полученный опыт руководитель проекта Любовь Шмыглева.
Исследователи обобщили данные о водородных топливных элементах
Ученые из ФИЦ Проблем химической физики и медицинской химии РАН в Черноголовке изучили взаимосвязь процессов, материалов и конструктивных решений на эффективность работы водородно-воздушных топливных элементов с твердоплимерной мембраной. Новый обзор, который охватывает более 400 работ, заполняет нишу между слишком общими работами и специализирующимися на конкретной проблеме. Работа, которая может стать «точкой входа» для ученых, собирающихся заниматься данной тематикой, удостоилась обложки в самом авторитетном российском научном журнале вообще: «Успехи химии» (IF =7,6).
Водородные топливные элементы – химические источники тока, напрямую преобразующие химическую энергию реакции окисления водорода в электрический ток без горения – были изобретены еще в 1839 году, однако только в XXI веке современные материалы и технологии позволили им получить массовое применение. В настоящее время активные разработки в области топливных элементов уже позволяют им конкурировать с двигателями внутреннего сгорания и литий-ионными аккумуляторами в ряде областей техники, но для того, чтобы расширить их сферу применения нужно существенно улучшить их характеристики.
«Наш обзор заполняет нишу в тематике топливных элементов между существующими обзорами слишком общего характера и специализированные на конкретной проблеме. В нем мы последовательно рассматриваем все основные компоненты топливных элементов – протоннообменные мембраны, каталитические и газодиффузионные слои, биполярные пластины, системы охлаждения, а также факторы, которые влияют на мощность топливных элементов.
Опыт, накопленный в нашем Центре – как в фундаментальных разработках, так и в практической плоскости – создании топливных элементов с воздушным охлаждением малой мощности и применению их в беспилотных летательных аппаратах и системах накопления энергии, позволил нам рассмотреть огромный объем литературы в 428 наименований именно с практической точки зрения и сформировать общее представление как об актуальном уровне разработок в этой области, так и о перспективах их применения и дальнейшего развития», - говорит один из авторов работы, руководитель Центра компетенций «Новые и мобильные источники энергии» ФИЦ ПХФ и МХ РАН, заведующий лабораторией твердотельных электрохимических систем ФИЦ ПХФ и МХ РАН Алексей Левченко.
Авторы обращают внимание, что на эффективность работы топливного элемента влияет четыре параметра: проводимость компонентов (протоннобменной мембраны, каталитических слоев), скорость электрохимических реакций на электродах, эффективность разделения газовых пространств анода и катода и эффективность подвода компонентов и отвода продуктов реакции, при этом каждый из этих параметров определяется свойствами нескольких компонентов топливного элемента – и, наоборот, свойства одного материала могут влиять на несколько характеристик. Так, например, чем тоньше мембрана, тем меньше потери за счет сопротивления в топливном элементе, но при этом увеличиваются другие потери – и, соответственно, для каждого конструктива топливного элемента существует оптимальная толщина этого ключевого компонента.
При этом в современном мире топливных элементов существует два основных тренда. Часть групп работают на краткосрочную перспективу и занимаются оптимизацией существующих разработок топливных элементов – увеличением стабильности катализаторов и стойкости их к отравлению, улучшением характеристик протоннообменных мембран и каталитических слоев, оптимизацией геометрии топливного элемента и тому подобное. Часть же работает на долгосрочную перспективу и ищет принципиально новые решения – бесплатиновые катализаторы (в том числе – биокаталитические), новые типы ион-проводящих материалов, с акцентом на анион-проводящие, которые позволяют использовать эти бесплатиновые катализаторы как на катоде, так и на аноде и так далее.
Ученые из ФИЦ Проблем химической физики и медицинской химии РАН в Черноголовке изучили взаимосвязь процессов, материалов и конструктивных решений на эффективность работы водородно-воздушных топливных элементов с твердоплимерной мембраной. Новый обзор, который охватывает более 400 работ, заполняет нишу между слишком общими работами и специализирующимися на конкретной проблеме. Работа, которая может стать «точкой входа» для ученых, собирающихся заниматься данной тематикой, удостоилась обложки в самом авторитетном российском научном журнале вообще: «Успехи химии» (IF =7,6).
Водородные топливные элементы – химические источники тока, напрямую преобразующие химическую энергию реакции окисления водорода в электрический ток без горения – были изобретены еще в 1839 году, однако только в XXI веке современные материалы и технологии позволили им получить массовое применение. В настоящее время активные разработки в области топливных элементов уже позволяют им конкурировать с двигателями внутреннего сгорания и литий-ионными аккумуляторами в ряде областей техники, но для того, чтобы расширить их сферу применения нужно существенно улучшить их характеристики.
«Наш обзор заполняет нишу в тематике топливных элементов между существующими обзорами слишком общего характера и специализированные на конкретной проблеме. В нем мы последовательно рассматриваем все основные компоненты топливных элементов – протоннообменные мембраны, каталитические и газодиффузионные слои, биполярные пластины, системы охлаждения, а также факторы, которые влияют на мощность топливных элементов.
Опыт, накопленный в нашем Центре – как в фундаментальных разработках, так и в практической плоскости – создании топливных элементов с воздушным охлаждением малой мощности и применению их в беспилотных летательных аппаратах и системах накопления энергии, позволил нам рассмотреть огромный объем литературы в 428 наименований именно с практической точки зрения и сформировать общее представление как об актуальном уровне разработок в этой области, так и о перспективах их применения и дальнейшего развития», - говорит один из авторов работы, руководитель Центра компетенций «Новые и мобильные источники энергии» ФИЦ ПХФ и МХ РАН, заведующий лабораторией твердотельных электрохимических систем ФИЦ ПХФ и МХ РАН Алексей Левченко.
Авторы обращают внимание, что на эффективность работы топливного элемента влияет четыре параметра: проводимость компонентов (протоннобменной мембраны, каталитических слоев), скорость электрохимических реакций на электродах, эффективность разделения газовых пространств анода и катода и эффективность подвода компонентов и отвода продуктов реакции, при этом каждый из этих параметров определяется свойствами нескольких компонентов топливного элемента – и, наоборот, свойства одного материала могут влиять на несколько характеристик. Так, например, чем тоньше мембрана, тем меньше потери за счет сопротивления в топливном элементе, но при этом увеличиваются другие потери – и, соответственно, для каждого конструктива топливного элемента существует оптимальная толщина этого ключевого компонента.
При этом в современном мире топливных элементов существует два основных тренда. Часть групп работают на краткосрочную перспективу и занимаются оптимизацией существующих разработок топливных элементов – увеличением стабильности катализаторов и стойкости их к отравлению, улучшением характеристик протоннообменных мембран и каталитических слоев, оптимизацией геометрии топливного элемента и тому подобное. Часть же работает на долгосрочную перспективу и ищет принципиально новые решения – бесплатиновые катализаторы (в том числе – биокаталитические), новые типы ион-проводящих материалов, с акцентом на анион-проводящие, которые позволяют использовать эти бесплатиновые катализаторы как на катоде, так и на аноде и так далее.
«Наша область – бурно развивающаяся и требующая новых идей, новых людей и новых коллабораций, поэтому такие обзоры, одновременно показывающие научно-технологические принципы работы топливных элементов и ситуацию на переднем крае науки крайне важны», - резюмирует цель этой работы Алексей Левченко.
https://www.russchemrev.org/RCR5121
https://www.russchemrev.org/RCR5121