Институт / Лаборатории

Лаборатория химии твёрдого тела

Немудрый
Александр Петрович
Зав. лабораторией - Немудрый Александр Петрович,
чл.-корр. РАН, доктор химических наук

Тел. 233-24-10 *1103
E-mail: nemudry@solid.nsc.ru

Лаборатория создана в 2021 году.
Сотрудники
Фамилия Имя Отчество должность телефон внут. тел. комната* e-mail
НЕМУДРЫЙ Александр Петрович Директор
института
233-24-10 *1183
233-24-10 *1103
332-28-47(ф)
1183 203(А)
304(Л)
@
ЗЫРЯНОВ Владимир Васильевич С.н.с. @
ПОПОВ Михаил Петрович С.н.с. 233-24-10 *1141 1141 311(Л) @
МАТВИЕНКО Александр Анатольевич С.н.с. 233-24-10 *1150 1150 203(П) @
СИДЕЛЬНИКОВ Анатолий Анатольевич С.н.с. 233-24-10 *1150 1150 202(П) @
САЕТОВА Наиля Саетовна Н.с. 233-24-10 *1103 1103 304(Л) @
ЛАПУШКИНА Елизавета Юрьевна Н.с. 233-24-10 *1103 1103 304(Л) @
ГРИБОВ Павел Александрович М.н.с. 233-24-10 *1150 1150 203(П) @
КОВАЛЕВ Иван Вячеславович М.н.с. 233-24-10 *1103 1103 304(Л)
ГУСЬКОВ Ростислав Дмитриевич М.н.с. 233-24-10 *1103 1103 304(Л)
ПОЛЯКОВА Антонина Петровна Инженер 1 кат 233-24-10*1179 1179 306(А) @

Основные направления исследований
  • Модификация функциональных свойств оксидов со смешанной кислород электронной проводимостью (СКЭП).
  • Исследование механизма кислородного транспорта в нестехиометрических СКЭП перовскитах.
  • Разработка новых методов исследования СКЭП оксидов.
  • Разработка кислородпроницаемых мембран для сепарации кислорода из воздуха и конверсии углеводородов.
  • Разработка микротрубчатых среднетемпературных твердооксидных топливных элементов
Основные научные результаты

Проведен синтез керамических материалов для ТОТЭ и их характеризация физико-химическими методами, разработаны методики кондиционирования исходных материалов с целью получения порошков с определенным гранулометрическим составом с сохранением кристаллической структуры и элементного состава.

  • Показана сегнетоэластичная природа СКЭП оксидов на основе кобальтита и феррита стронция. Разработана стратегия по регулированию функциональных свойств СКЭП оксидов путем их допирования сегнетоактивными высоко-зарядными катионами B5+ (Nb, Ta) и B6+ (Mo, W). Использование сегнетоактивных катионов (Nb, Ta, Mo, W) при допи-ровании мембранных и электродных материалов из СКЭП оксидов позволяет решать целый спектр материаловедческих проблем:

    -устойчивая степень окисления высокозарядных допантов приводит к увеличению химиче-ской стабильности материалов (особенно кобальтсодержащих) при низких рО2;
    - кислотные свойства оксидов высокозарядных катионов снижают деградацию мембранных материалов в атмосфере СО2;
    - наличие эргодического состояния, сопровождающееся статичным наноструктурированием при понижении температуры, приводит к размытию фазовых переходов с упорядочением кислородных вакансий и повышению кислородной проводимости/проницаемости СКЭП материалов;
    - допирование перовскитов высокозарядными катионами М (M=Nb, Ta, Mo, W) стабилизи-рует зарядовые состояния B2+ (В=Co, Fe) – W6+; Fe3+ - Mo5+, что увеличивает электронную проводимость материалов при низких рО2;
    - оксиды Мо, W являются катализаторами в реакциях конверсии метана в синтез газ и ди-меризации с образованием этана, что может использоваться в каталитических мембранных реакторах (КМР).
  • Используя разработанную стратегию, получены наноструктурированные мембранные и электродные материалы, которые демонстрируют устойчивую работу в долговременных тестах в условиях, соответствующих рабочим условиям ТОТЭ и каталитических мембранных реакторов. При этом новые материалы обладают рекордной кислородной проницаемостью (Ba0.5Sr0.5Co0.8-xMxFe0.2O3-δ, M=Mo, W) и электронной проводимостью (SrFe1-xMoxO3-δ), необходимых для материалов, используемых в КМР и ТОТЭ.

  • Для исследования оксидов со смешанной кислород-электронной проводимостью были раз-работаны:
    - экспериментальная установка с проточным реактором для проведения измерений выделе-ния кислорода из оксидов, обладающая высокой точностью и быстротой сбора данных;

    - математическая модель выделения кислорода в проточном реакторе для расчета кислород-ной нестехиометрии как непрерывной функции от парциального давления кислорода;
    - определены математические критерии характера (квазиравновесного и неравновесного) протекания процесса выделения кислорода из СКЭП оксидов.
  • На основании проведенных исследований разработан метод определения детальных равновесных “3-δ – pO2 – T” диаграмм для СКЭП оксидов, основанный на определении кислородной нестехиометрии как непрерывной функции от парциального давления кислорода.

  • Разработан новый релаксационный метод исследования кислородного обмена в СКЭП оксидах, в котором прецизионно измеряемым параметром является рО2.

  • Предложен «изостехиометрический» подход для сбора и анализа кинетических данных для сильно нестехиометрических перовскитов со смешанной проводимостью. Показано, что вариация кислородной нестехиометрии в широких пределах приводит не только к изменению структурных параметров, но и химического потенциала СКЭП оксидов. Для корректного кинетического анализа и формирования достоверных представлений о механизме кислородного транспорта необходимо сравнивать кинетические данные при контролируемой (фиксированной) стехиометрии.
  • С помощью метода фазовой инверсии получены микротрубчатые кислородпроницаемые мембраны диаметром ~2 мм, обладающие высокой механической прочностью и устойчиво-стью к термоциклированию, демонстрирующие высокие кислородные потоки.

  • Разработан способ нанесения тонкого (20-50 мкм) газоплотного слоя электролита на микро-трубчатую мембрану на основе анодного материала, что позволяет добиваться максималь-ной пиковой мощности ТОТЭ.

Патенты
  1. Патент № 2739055 Российская Федерация
    «Способ получения пасты для тонкоплёночного твёрдого электролита электрохимических устройств» // Масленников Д.В., Попов М.П., Титков А.И., Матвиенко А.А., Немудрый А.П.; заявитель и патентообладатель: ФГБУН Институт химии твердого тела и механохимии СО РАН - 2020120783, заявл. 23.06.2020, опубл. 21.12.2020, Бюл. 36, 12 с.
  2. Патент № 2737168 Российская Федерация
    «Способ определения температуры измерительного датчика Нернста» // Бычков С.Ф., Немудрый А.П.; заявитель и патентообладатель: ФГБУН Институт химии твердого тела и механохимии СО РАН - 2020105515, заявл. 05.02.2020 // опубл.  25.11.2020, Бюл. № 33, 14 с.
  3. Пат. № 2592627 Российская Федерация B01D 71/02, (2006.01), C01B 13/02 (2006.01), B01D 53/22 (2006.01).
    Газохимический мембранный реактор / Немудрый А.П., Бычков С.Ф., Попов М.П., Ляхов Н.З.; заявитель и патентообладатель: ИХТТМ СО РАН (RU) - № 201511446/05; заявл. 30.03.2015; опубл. 27.07.2016, Бюл. № 21, 11 с.
  4. Пат. № 2575007 Российская Федерация C07 C11/24 (2006. 01), C07C2/84 (2006.01), B01J23/745 (2006.01), B01J23/78 (2006.01).
    Способ получения ацетилена из метана / Немудрый А.П., Бычков С.Ф., Попов М.П., Ляхов Н.З., Лавренов А.В., Булучевский Е.А., Лихолобов В.А.; заявитель и патентообладатель: ИППУ СО РАН (RU), ИХТТМ СО РАН (RU) - № 201510766/04; заявл. 07.03.2015; опубл. 10.02.2016, Бюл. № 4, 7 с.
Текущие проекты и гранты
Оборудование
  1. Автоматизированный экструдер для получения трубчатых заготовок.
  2. Автоматизированный стенд для измерения электрохимических параметров микротрубчатых топливных элементов.
  3. Высокотемпературная камерная электропечь АГНИ ВПК-Л 16.1600.
  4. Установка по изучению высокотемпературного выделения кислорода из нестехиометрических оксидов.
  5. Установка для нагрева керамических трубок электрическим током.
  6. Квадрупольный масс-спектрометр QMS 200.
  7. Вакуумный диссольвер Dispermat LC-55.
  8. Оригинальный дип-коутер.
  9. FDM 3D-принтер Flying Bear Ghost 5.