Управление иерархической организацией частиц твёрдого электролита как фактор повышения эффективности однокамерных микро-ТОТЭ

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 21-73-00288

НазваниеУправление иерархической организацией частиц твёрдого электролита как фактор повышения эффективности однокамерных микро-ТОТЭ

Руководитель Симоненко Татьяна Леонидовна, Кандидат химических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова Российской академии наук , г Москва

Конкурс №60 - Конкурс 2021 года «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах; 03-201 - Синтез, строение и реакционная способность неорганических соединений

Ключевые слова гидротермальный синтез, гликоль-цитратный синтез, иерархические наноструктуры, CeO2, Sm2O3, NiO, LSCF, микроэкструзионная печать, микро-ТОТЭ, однокамерные ТОТЭ

Код ГРНТИ31.17.15

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Проект направлен на решение фундаментальной научной проблемы современного материаловедения – изучение размерного эффекта в контексте повышения эффективности таких устройств альтернативной энергетики, как миниатюрные однокамерные твердооксидные топливные элементы планарного типа, за счёт управления иерархической самоорганизацией анизотропных наночастиц твёрдого электролита. Растущая потребность в подобных экологически чистых электрохимических генераторах связана как с истощением запасов традиционных энергетических ресурсов, так и с ухудшением экологической обстановки во всём мире, а создание компактных энергетических установок позволит обеспечить электроэнергией удалённые от централизованных электрических сетей населённые пункты и производства. При этом миниатюризация данных систем при создании так называемых микро-ТОТЭ позволит применять их в портативных электронных устройствах мощностью 1-20 Вт, в том числе медицинского назначения, в системах связи, мониторинга окружающей атмосферы, картографии и т.п. В ходе исследования будут разработаны фундаментальные основы процессов самоорганизации в гидротермальных условиях анизотропных наночастиц состава (CeO2)0,80(Sm2O3)0,20 и NiO определённой формы и дисперсности в зависимости от условий данного процесса. Будет изучено влияние концентрации окислителей и восстановителей в реакционной системе на кинетику экзотермической окислительно-восстановительной реакции, а также на микроструктуру и фазовый состав при гликоль-цитратном синтезе оксида состава La0,6Sr0,4Со0,2Fe0,8O3-δ, являющегося востребованным компонентом катодов твердооксидных топливных элементов. При решении поставленных задач будут разработаны методики получения устойчивых дисперсных систем (в том числе бинарных) на основе наночастиц состава (CeO2)0,80(Sm2O3)0,20, NiO и La0,6Sr0,4Со0,2Fe0,8O3-δ, подходящих по своим реологическим характеристикам для применения в качестве функциональных чернил при изготовлении иерархически организованных электролитных ((CeO2)0,80(Sm2O3)0,20) покрытий, а также композиционных анодных (NiO/(CeO2)0,80(Sm2O3)0,20) и катодных (La0,6Sr0,4Со0,2Fe0,8O3-δ/(CeO2)0,80(Sm2O3)0,20) наноструктур сложной геометрии методом микроэкструзионной печати. В ходе исследования будет изучен комплекс микроструктурных и функциональных характеристик изготовленных однокамерных микро-ТОТЭ планарного типа. В результате комплексного анализа и обобщения полученных результатов будет описана взаимосвязь электрофизических характеристик сформированных мембранно-электродных блоков и микроструктуры иерархически организованного твёрдого электролита состава (CeO2)0,80(Sm2O3)0,20, состоящего из анизотропных оксидных наночастиц различной геометрии и дисперсности. Таким образом, будут сформулированы рекомендации к микроструктурным характеристикам твёрдых электролитов планарного типа, входящих в состав однокамерных микро-ТОТЭ, с целью обеспечения повышенной эффективности миниатюрных электрохимических генераторов электроэнергии данного типа.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Мокрушин А.С., Симоненко Т.Л., Симоненко Н.П., Горобцов Ф.Ю., Бочарова В.А., Козодаев М.Г., Маркеев А.М., Лизунова А.А., Волков И.А., Симоненко Е.П., Целиков Г.И., Новиков С.М., Волков В.С., Севастьянов В.Г., Кузнецов Н.Т. Microextrusion printing of gas-sensitive planar anisotropic NiO nanostructures and their surface modification in an H2S atmosphere Applied Surface Science, Vol. 578, Article number 151984 (год публикации - 2022)
10.1016/j.apsusc.2021.151984

2. Симоненко Т.Л. Гидротермальный синтез иерархически организованных наноструктур в системе CeO2-Sm2O3 и их применение при микроэкструзионной печати твёрдых электролитов ТОТЭ Сборник трудов XVIII Российской ежегодной конференции молодых научных сотрудников и аспирантов "Физико-химия и технология неорганических материалов" (с международным участием), С. 148-149 (год публикации - 2021)

3. Симоненко Т.Л., Симоненко Н.П., Горобцов Ф.Ю., Клюев А.Л., Симоненко Е.П., Севастьянов В.Г., Кузнецов Н.Т. Синтез оксидов в системе CeO2-Sm2O3 с анизотропной микроструктурой, перспективных в качестве электролитов твердооксидных топливных элементов Тезисы докладов XII Конференции молодых ученых по общей и неорганической химии, С. 151 (год публикации - 2022)

4. Симоненко Т.Л., Симоненко Н.П., Симоненко Е.П., Кузнецов Н.Т. Features of Glycol-Citrate Synthesis of Highly Dispersed Oxide La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3–δ Russian Journal of Inorganic Chemistry, Vol. 67, No. 10, pp. 1495–1502 (год публикации - 2022)
10.1134/S0036023622600939

5. Симоненко Т.Л., Симоненко Н.П., Горобцов Ф.Ю., Графов О.Ю., Симоненко Е.П., Кузнецов Н.Т. Synthesis of ((CeO2)0.8(Sm2O3)0.2)@NiO Core-Shell Type Nanostructures and Microextrusion Printing of a Composite Anode Based on Them Materials, 15(24), 8918 (год публикации - 2022)
10.3390/ma15248918

6. Симоненко Т.Л.,Симоненко Н.П., Горобцов Ф.Ю., Симоненко Е.П., Кузнецов Н.Т. Microextrusion Printing of Multilayer Hierarchically Organized Planar Nanostructures Based on NiO, (CeO2)0.8(Sm2O3)0.2 and La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-d Micromachines, 14(1), 3 (год публикации - 2023)
10.3390/mi14010003

7. Дудорова Д.А., Симоненко Т.Л., Симоненко Н.П., Горобцов Ф.Ю., Волков И.А., Симоненко Е.П., Кузнецов Н.Т. Hydrothermal Synthesis of Nickel Oxide and Its Application in the Additive Manufacturing of Planar Nanostructures Molecules, 28(6), 2515 (год публикации - 2023)
10.3390/molecules28062515

8. Симоненко Т.Л. Исследование процесса гидротермального синтеза иерархически организованных оксидов в системе CeO2-Sm2O3, перспективных при создании твёрдых электролитов ТОТЭ Сборник трудов ХIX Российской ежегодной конференции молодых научных сотрудников и аспирантов «Физико-химия и технология неорганических материалов», С.348-349 (год публикации - 2022)

9. Симоненко Т.Л., Симоненко Н.П., Горобцов Ф.Ю., Симоненко Е.П., Кузнецов Н.Т. Формирование многослойных иерархически организованных планарных наноструктур на основе NiO, (CeO2)0.8(Sm2O3)0.2 иLa0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ Тезисы докладов XIII Конференции молодых ученых по общей и неорганической химии, С.63 (год публикации - 2023)

10. Дудорова Д.А., Горобцов Ф.Ю., Кузнецов Н.Т., Симоненко Т.Л., Симоненко Н.П., Симоненко Е.П. Формирование планарных анодных наноструктур NiO в гидротермальных условиях Сборник аннотаций XVII Курчатовской молодёжной научной школы, C.127 (год публикации - 2023)

11. Симоненко Т.Л., Симоненко Н.П., Горобцов Ф.Ю., Клюев А.Л., Графов О.Ю., Иванова Т.М., Симоненко Е.П., Севастьянов В.Г., Кузнецов Н.Т. Hydrothermally synthesized hierarchical Ce1-xSmxO2-δ oxides for additive manufacturing of planar solid electrolytes Ceramics International, Vol 48, 2022, pp. 22401-22410 (год публикации - 2022)
10.1016/j.ceramint.2022.04.252

12. Симоненко Т.Л., Симоненко Н.П., Горобцов Ф.Ю., Дудорова Д.А., Симоненко Е.П., Севастьянов В.Г., Кузнецов Н.Т. Triethanolamine-Assisted Hydrothermal Synthesis of Hierarchically Organized Nickel Oxide Particles Russian Journal of Inorganic Chemistry, Vol. 67, No. 5, pp. 622–627 (год публикации - 2022)
10.1134/S0036023622050175

Публикации