Научное направление: Электрохимия
Руководитель лаборатории: доктор химических наук КУЛОВА Татьяна Львовна
Адрес: Ленинский проспект, 31 корп.4, Москва, 119071
Телефон: +7 (495) 955-45-93
E-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.
- Фундаментальные и прикладные направления исследований лаборатории
В настоящее время деятельность лаборатории сосредоточена на трёх основных направлениях:
- Исследования процессов в литиевых и натриевых электрохимических системах, главным образом, в литий-ионных и натрий-ионных аккумуляторах.
- Исследования процессов электрокатализа, в основном, применительно к топливным элементам.
- Исследования процессов в высокодисперсных средах, применительно, главным образом, к электрохимическим суперконденсаторам и гибридным конденсаторам.
Все полвека существования лаборатории её научная деятельность так или иначе была связана с фундаментальными проблемами химических источников тока и круг этих проблем был очень широк. Разработки в области теории топливных элементов касались как фундаментальных проблем электрокатализа, так и проблем пористых электродов и вообще систем с распределёнными параметрами. Результаты исследований по электрокатализу были использованы в прикладных разработках систем жизнеобеспечения, электрохимических методов в медицине и защите окружающей среды, в усовершенствовании процессов электросинтеза органических соединений. Последние четыре десятилетия в лаборатории проводятся интенсивные работы по литиевым электрохимическим системам.
- Историческая справка
Лаборатория была создана в Институте электрохимии А.Н.СССР в 1966 году с основными задачами исследовать процессы в топливных элементах. Основателем и первым руководителем лаборатории был д.т.н., профессор В.С.Багоцкий, известный специалист в области теории химических источников тока и электрокатализа. В.С.Багоцкий руководил лабораторией до 1985 года. В 1985‒1992 гг. лабораторией руководил ученик В.С.Багоцкого, д.х.н. профессор Ю.Б.Васильев, в период 1992‒2012 гг – другой ученик В.С.Багоцкого, д.х.н. профессор А.М.Скундин. С 2012 г. лабораторией руководит д.х.н. Т.Л.Кулова. В 1972 году лаборатория была преобразована в отдел, который просуществовал до 2004 года, когда вновь был реорганизован в лабораторию.
- Сотрудники
Скундин Александр Мордухаевич
Alexander M. Skundin
гл.н.с.
д.х.н. (1986), проф. (2010)
ORCID 0000-0001-7627-5703
IstinaResearcherID (IRID):97649624
Гринберг Виталий Аркадьевич
Vitali A. Grinberg
гл.н.с.
д.х.н. (1993)
ResearcherID: B-3262-2014
IstinaResearcherID (IRID): 91838359
Сосенкин Валентин Евсеевич
Valentin E. Sosenkin
ст.н.с.
к.т.н. (1979)
РИНЦ (AuthorID): 230323
IstinaResearcherID (IRID): 89989626
- Оборудование
Лаборатория оснащена современным лабораторным оборудованием, в том числе, спецоборудование для изготовления и тестирования литий-ионных и натрий-ионных аккумуляторов.
Сотрудничество с высшей школой
Сотрудники лаборатории д.х.н Кулова Т.Л. и д.х.н. Скундин А.М. читают следующие курсы лекций в Национальном исследовательском университете «Московский энергетический институт»: «Технология производства химических источников тока», «Теоретическая электрохимия», «Специальные вопросы теоретической электрохимии».
Предложения по сотрудничеству с ведущими российскими и иностранными компаниями
Коллектив лаборатории готов принять участие в проведении исследований для компаний, специализирующихся в области синтеза и переработки полимеров, модификации полимеров, старении и стабилизации, адгезии и аутогезии высокополимеров.
Наиболее крупные научные достижения
- Развит метод импульсных исследований и получен большой массив экспериментальных данных по адсорбции водорода, кислорода, ионов, органических веществ на металлах платиновой группы. Детально исследован механизм электрокаталитических процессов на металлах платиновой группы. Исследованы структурные факторы в электрокатализе с учетом кристаллографической ориентации, характерных размеров микрочастиц и фактора шероховатости электродов с высокоразвитой поверхностью. Исследованы особенности электрокатализаторов на носителях. Исследованы квантовые размерные эффекты в электрохимии.
- Разработаны электрокатализаторы и электроды для топливных элементов с использованием водорода, кислорода, метанола. Разработаны новые электрокатализаторы ионизации кислорода, толерантные к отравляющему воздействию метанола и других видов органического топлива, а также электрокатализаторы окисления метанола с пониженным содержанием металлов платиновой группы. С целью создания высокоэффективных компактных топливных элементов с непосредственным использованием метанола разработаны наноразмерные электрокатализаторы на основе индивидуальных гетеро- и гомо- металлорганических кластеров определенного состава.
- Разработаны наноэлектрокатализаторы на основе металлорганических кластеров системы платина – олово на дисперсных углеродных носителях для окисления этанола в кислых растворах.
- Исследован механизм электросинтеза Кольбе и роль адсорбционных процессов при высоких анодных потенциалах. Разработаны условия проведения большого числа различных реакций электрохимического синтеза с участием электрохимически генерируемых радикалов. Комплексом электрохимических и физико-химических методов исследован механизм и кинетика электросинтеза Кольбе и родственных реакций с участием фторорганических соединений. На основе реакций электрохимически генерируемых фторалифатических и фторсульфанилокси-радикалов и анион-радикалов в присутствии акцепторов – этилена и его производных, фторолефинов, ароматических соединений, ацетилена и галогенов синтезированы различные классы фторорганических соединений. Установлен ряд важных закономерностей, обеспечивающих управляемость процессов электросинтеза фторорганических соединений и разработаны методы их препаративного получения.
- Разработаны процессы электросинтеза различных органических соединений на основе электровосстановления диоксида углерода. Впервые разработан прямой электрохимический метод синтеза важного лекарственного препарата ибупрофена из 1-(4-изобутилфенил)-этилхлорида на уровне 80%. Разработан метод определения различных загрязнений в природных, питьевых, технологических и сточных водах. Разработан и сконструирован прибор – электрохимический анализатор качества воды, который выпускался в полупромышленном масштабе.
- Детально исследованы процессы электрохимического окисления глюкозы и различных токсинов. В результате были разработаны глюкозные сенсоры, а также метод электрохимической детоксикации организма. Разработан и сконструирован прибор для электрохимической детоксикации организма, разные модификации которого выпускаются в течение более 20 лет.
- Создано новое направление прикладной электрохимии – крупномасштабная макрокинетика процессов в топливных элементах и других электрохимических устройствах. Разработана теория тепло- массообменных процессов саморегулирования в матричных электрохимических системах.
- Разработаны разные варианты пористых электрокаталитических электродов, в т.ч., новый тип катализаторов – пористые двухфазные катализаторы.
- Создан и технически усовершенствован метод эталонной порометрии. Разработаны несколько вариантов установок – эталонных поромеров, которые использованы для структурных исследований огромного числа различных пористых и дисперсных материалов. Детально исследована микропористая структура ионообменных мембран. Впервые показана возможность использования трековых мембран, заполненных протонпроводящим электролитом, в компактных топливных элементах со смешанными реагентами. Исследованы процессы пассивации лития в апротонных средах. Детально исследованы процессы микро- и макрокинетики в тионилхлоридно-литиевых элементах, впервые исследованы электрокаталитические процессы в литиевых источниках тока.
- Исследованы процессы интеркаляции лития в различные углеродные и оксидные материалы. Разработаны усовершенствованные материалы для литий-ионных аккумуляторов. Детально исследован процесс внедрения лития в кремний различного генезиса и в кремниевые композиты. Разработаны тонкослойные кремниевые электроды для литий-ионных аккумуляторов нового поколения. Разработаны многослойные композиты кремния с углеродом и алюминием.
- Исследованы процессы внедрения лития в различные оксидные материалы положительных электродов литий-ионных аккумуляторов. Экспериментально доказана возможность электрохимического внедрения и экстракции лития в различные наноструктурированные объекты, (вискеры, нанотрубки, ксерогели) смешанных оксидов ванадия и смешанных оксидов марганца.
- Исследованы электрохимические характеристики феррофосфата лития и титаната лития, допированных гетеровалентными катионами. Впервые исследованы электроды на основе модифицированных жгутиков галофильной археи Halobacterium salinarum, минерализованных оксидом кобальта как материала отрицательного электрода литий-инного аккумулятора.
- Исследованы процессы возникновения необратимой ёмкости в литий-ионных аккумуляторах и предложены способы её устранения применительно к электродам на основе углеродных материалов и кремния путем прямого контакта с металлическим литием в среде электролита. Разработана обобщённая теория необратимых процессов в литий-ионных аккумуляторах.
- Впервые созданы лабораторные макеты гибких тонкопленочных литий-ионных аккумуляторов с традиционными активными электродными материалами, а также лабораторные макеты гибких литий-ионных аккумуляторов с новыми активными материалами: аморфным кремнием на отрицательном электроде и литированном фосфате железа на положительном электроде.
- Разработаны основы технологии изготовления тонкоплёночных литий-ионных аккумуляторов нового поколения. Технология внедрена на опытном участке Сафоновского завода «Гидрометприбор».
- Разработана и верифицирована математическая модель разряда литий-воздушного элемента. Модель учитывает, что в процессе разряда на положительном электроде образуется нерастворимый пероксид лития.
- Исследованы процессы на электродах натрий-ионного аккумулятора. Исследованы процессы электрохимического синтеза с участием супрамолекулярных структур на основе циклодекстринов. Показано образование комплекса включения типа «гость-хозяин», где «гость» - ароматический хлорид, «хозяин»- - циклодекстрин и его производные и участие этой супрамолекулы в сложной электрохимической реакции катодного восстановления с последующим электрофильным присоединением диоксида углерода.
- Разработан электрокаталитический способ получения углеводородов (диенов, олефинов, алканов) и спиртов из возобновляемых источников сырья гальваностатическим электролизом смеси 10ундециленовой и уксусной кислот в бездиафрагменном электролизере с анодами из наночастиц слава PtIr на стеклоуглероде, и катодами из нержавеющей стали.
- Развита теория электрохимических конденсаторов и суперконденсаторов, а также гибридных конденсаторов. Исследованы электрохимические свойства и пористая структура одностенных углеродных нанотрубок. Предложен электрохимический суперконденсатор с разрядной мощностью до 20 кВт/кг с учетом массы конструкционных материалов, и удельной энергией до 1 Втч/кг.
- Исследованы характеристики электрохимических суперконденсаторов энергетического типа и впервые достигнуты разрядные емкости, превышающие 1100 Кл/г. Показана возможность создания асимметричных углерод/углеродных электрохимических суперконденсаторов с удельной энергией до 10 Втч/кг.
- Усовершенствован новый перспективный наиболее экономичный метод опреснения воды: метод емкостной деионизации. Обнаружено образование соединения внедрения С6Н при глубоком катодном заряжении активированных углей в водных растворах.
- Разработаны и исследованы симметричные суперконденсаторы с неводным электролитом и электродами из активированного угля и асимметричные гибридные суперконденсаторы с литиевым электродом и электродом из активированного угля.
- Fuel cells. Their electrochemical kinetics // ed. V.S.Bagotskii, Yu.B.Vasil’ev. N.Y.: Consultants Bureau, 1966.
- И.Г.Гуревич, Ю.М.Вольфкович, В.С.Багоцкий. Жидкостные пористые электроды. Минск, Наука и техника, 1974.
- V.S.Bagotzky, A.M.Skundin. Chemical Power Sources. London etc.: Academic Press, 1980 В.С.Багоцкий, А.М.Скундин. Химические источники тока. М. Энергоиздат. 1981. V.S.Bagockij, A.M.Skundin. Electrochemicke sdroje proudu. Praha: SNTL – Nakladatelstvi technicke literatury, 1987
- И.А.Кедринский, В.Е.Дмитренко, Ю.М.Поваров, И.И.Грудянов. Химические источники тока с литиевым электродом. Красноярск, Изд-во Красноярского университета, 1983.
- В.С.Багоцкий. Основы электрохимии. М.: Химия, 1988 V.S.Bagotzky. Fundamentals of Electrochemistry. NY.: Plenum Press, 1993
- Химические источники тока: Справочник // Под редакцией Н.В.Коровина и А.М.Скундина. М.: Издательство МЭИ, 2003.
- V.S.Bagotsky. Fuel Cells. Problems and Solutions. Wiley. 2009 V.S.Bagotsky. Fuel Cells. Problems and Solutions. 2nd Edn. Wiley. 2012
- А.М.Скундин, Г.Я Воронков. Химические источники тока: 210 лет. М.: Поколение, 2010. 352 с.
- Y.M. Volfkovich, A.A. Mikhailin, D.A. Bograchev, V.E. Sosenkin, V.S. Bagotsky. Studies of supercapacitor carbon electrodes with high pseudocapacitance. Chapter 7 in book: “Recent Trend in Electrochemical Science and Technology”, INTECH open access publisher. 2012. www.intechopen.com P.159-182.
- Yu.M. Volfkovich, A.N. Filippov, V.S. Bagotsky. Structural Properties of Porous Materials and Powders Used in Different Fields of Science and Technology. Springer Publisher. September 2014. 328 p.
- Пористая структура мембранных материалов: учебное пособие / Н.А. Кононенко, М.А. Фоменко, Н.П. Березина, Ю.М. Вольфкович. Краснодар: Кубанский гос. ун-т, 2013. 120 с.
- А.Б.Ярославцев, Т.Л.Кулова, А.М.Скундин, Ю.А.Добровольский. Наноматериалы для альтернативной энергетики – гл. 7 в монографии «Наноматериалы: свойства и перспективные приложения», отв. ред. А.Б.Ярославцев – М.: Научный мир, 2014. С. 170-239
- Vladimir S. Bagotsky, Alexander M. Skundin, Yurij M. Volfkovich. Electrochemical Power Sources: Batteries, Fuel Cells, and Supercapacitors. Wiley 2015. 14. Т.Л.Кулова, А.М.Скундин. Задачи по теоретической электрохимии. (Учебное пособие) М. Издательство МЭИ, 2015
-
Серебряная медаль ВДНХ за автоматизированный эталонный поромер – 1983 год
-
Серебряная медаль ВДНХ за разработку прибора «Анализатор качества воды электрохимический» – 1984 год
-
Бронзовая медаль ВДНХ за разработку метода определения загрязнений в воде – 1984 год
-
Премия Правительства РФ за создание и широкое внедрение метода электрохимической детоксикации организма – 1995 год
-
Главная премия МАИК «Наука» за лучшую публикацию в журналах РАН – 2006 год
-
Премия МАИК «Наука» за лучшую публикацию в журналах РАН – 2009 год