↑ Вернуться: Лаборатории

Лаборатория электродных процессов и гальванотехники

Заведующий лабораторией:

Шмыгалев Александр Сергеевич,

кандидат технических наук

E-mail: a.shmygalev[at]ihte.ru

В состав лаборатории входят 29 сотрудника, в том числе 1 доктор химических наук, 1 доктор физико-математических наук, 7 кандидатов химических наук, 3 кандидата физико-математических наук и 1 кандидат технических наук

 

Научные направления и разработки:

  • Разработка научных основ экологически чистых и ресурсосберегающих электрохимических технологий и создание опытных электролизеров.
  • Изучения термодинамики и кинетики электродных процессов разряда-ионизации в ионных расплавах-электролитах, их связь с составом электролитов и природой электродных материалов.
  • Электрохимический синтез ориентированных нанокристаллических оксидных вольфрамовых бронз.
  • Электролитическое получение и рафинирование металлов.
  • Исследование электроосаждения поликристаллических осадков тугоплавких металлов и кремния в ионных расплавах.
  • Моделирование кинетики электродных процессов в электрохимических системах с расплавленными электролитами.
  • Физико-химические основы электрохимических технологий рафинирования и получения металлов и их соединений в расплавах солей.
  • Моделирование структуры комплексов расплавов солей в электрохимических системах с расплавленными электролитами.
  • Высокотемпературная гальванопластика в расплавах солей
  • Исследование нуклеации в расплавах солей и развитие электрохимических методов.
  • Моделирование физико-химических свойств расплавов солей, содержащих фториды редкоземельных металлов.

Методы и объекты исследований:

  • Поляризационные методы – стационарные и нестационарные (хроновольтамперометрия, двухимпульсный).
  • Термогравиметрический метод.
  • Длительные ресурсные испытания электродных материалов.
  • Определение изменений удельного сопротивления электродных материалов в процессе электролиза.
  • Исследование растворимости и скорости растворения фторидов РЗМ во фторидных расплавах различного состава потенциометрическим и химико-аналитическим методами.
  • Все исследования осуществляются на современных приборных комплексах с компьютерным управлением и регистрацией первичных экспериментальных данных.
  • Высокотемпературная гальванопластика (получение изделий, фольг и синтез нано материалов)
  • Гальваностатическая и потенциостатическая нуклеация электронпроводящих материалов на временах до 0,0001 с.
  • Формирование порошковых материалов электролизом с высокой удельной поверхностью.
  • Молекулярно-динамическое и квантово-механическое моделирование расплавов солей.

Основные достижения:

  • Разработаны базовые критерии электроосаждения сплошных осадков и порошков редких тугоплавких металлов из солевых расплавов.
  • Доказано существование фазового напряжения при зарождении кристаллов на катоде в расплавленных солевых средах.
  • Создана теория микрораспределения потока осаждаемого металла на катоде, а также обобщенная теория текстур роста, связывающая направление оси текстуры ориентированного осадка с его огранкой и микрораспределением тока.
  • Разработан квазихимический подход к изучению электродных процессов в расплавленных электролитах, позволяющий управлять составом катодных продуктов. Создана и внедрена в производство технология гальванопластического получения изделий из тугоплавких металлов.
  • Установлены закономерности растворения галогенов в расплавленных галогенидах щелочных металлов и на этой основе предложена гипотеза о природе таких растворов.
  • Экспериментально установлены закономерности электрохимического и коррозионного поведения газовыделяющих нерасходуемых анодов различных типов для алюминиевой промышленности при повышенных токовых нагрузках в зависимости от химического состава и фазовой структуры материала анода.
  • Разработаны способы и технология получения Ag, Ni, Co, Cu в виде тонких волокон микронных размеров с отношением длины к сечению от 10 до 100 и более. Эти материалы могут применяться как высокоэффективные катализаторы в оргсинтезе, а также для изготовления пористых электродов топливных и гальванических элементов.
  • Созданы научные основы и разработана усовершенствованная промышленная технология получения кальция методом электролиза из расплавов солей.
  • Разработана технология производства кальций-свинцовых сплавов для сернокислотных аккумуляторов с повышенным ресурсом работы.
  • Разработана конструкция опытного электролизёра и технология рафинирования свинца из аккумуляторного лома. Технология испытана в полупромышленных условиях с положительными результатами.
  • Разработан электрохимический метод получения нанокристаллических вольфрамовых бронз в поливольфраматных расплавах. Определены параметры процесса электролиза, обеспечивающие получение игольчатых нанокристаллических структур с толщиной игл менее 100 нм.
  • В молекулярно-динамической и квантово-механической моделях комплексно исследованы структурные, динамические и кинетические свойства силицена, расположенного на различных (металлических и неметаллических) подложках, модифицированного дефектами вакансионного типа и ад-атомами в процессе интеркаляции/деинтеркаляции лития. Определены конфигурации силицен/подложка/дефекты, наиболее подходящие в качестве перспективного материала для литий-ионных батарей нового поколения.

Прикладные разработки:

  • Разработан способ рафинирования чернового свинца от примесей, заключающийся в электрорастворении металлического свинца в хлоридном расплаве и электровосстановлении ионов свинца до металла из того же расплава, при плотности тока 0,41-1,2 А/см2 в интервале температур 480-700°С. Предложены две конструкции электролизера для рафинирования чернового свинца, включающие анод, катод и биполярный электрод. На конструкции электролизеров получены патент РФ № 2415202 от 27.03.2011, патент РФ № 2418083 от 10 мая 2011.
  • Разработан метод электролитического получения нанокристаллических оксидных вольфрамовых бронз. Область их назначения: ион-селективные элементы для анализа микросред, электроды в топливных элементах, электрохромные устройства, холодные катоды, катализаторы химических реакций (Патент РФ № 2426822 от 20.08.2011). Разработанный электрохимический метод не требует сложной аппаратуры и отличается высокой скоростью получения нанокристаллических осадков, составляющей доли секунды по сравнению с часами в предлагаемых методах за рубежом. Известно, что оксидные вольфрамовые бронзы используются в качестве промышленных катализаторов процессов органического и нефтехимического синтеза и, в том числе, при перекисном окислении органических соединений. Установлено, что нанокристаллические бронзы в виде ориентированных игольчатых структур стабильны, и не подвержены агломерационным процессам, характерным для нанокатализаторов (Патент РФ № 2456079 опубл. 20.07.2012). Эти результаты послужили основой успешных первичных исследований гетерогенного катализа процессов глубокого окислительного обессеривания нефтепродуктов с использованием полученных материалов. Сравнительные кинетические исследования модельного процесса перекисного окисления бензотиофена в толуоле с концентрацией 1000ppm при 35°С с использованием в качестве катализатора этого процесса нанокристаллической вольфрамовой бронзы гексагональной структуры показали, что за 60 минут удаётся понизить содержание серы до 12.1 ppm по S. При сравнительных исследованиях не использовались ПАВы.
  • Разработан способ нано- и микроволокон кремния электролизом из расплавов солей. (Патент РФ № 2427526 от 27.08.2011). Разработан способ получения сплошных осадков кремния на различных подложках методом электролиза K2SiF6 в расплавах солей (Патент РФ № 2491374 от 27.08.2013).
  • Разработаны электрохимические способы получения свинцово-цинкового покрытия на алюминиевой подложке, а также покрытий из диборида титана и нанопорошков диборида титана (Патент РФ №2455384 от 10.07.2012).
  • Разработана методика совместного электролитического осаждения иридия и рения для получения композитного материала, прочного и стойкого к окислению при температурах выше 1100 ˚С (Патент РФ № 2677452 от 27.12.2017, Патент РФ № 2710807 от 26.12.2018, Патент РФ № 2756775 от 26.12.2019). Метод позволяет получать как сплошные покрытия различной толщины, так и мелкодисперсные порошки с большой удельной поверхностью. Такой уникальный композитный материал уже успешно применяется для изготовления камер сгорания двигателей малой тяги космических аппаратов на участке высокотемпературной гальванопластики, который был создан в кооперации с АО «Композит» (г. Королев).