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.
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).
