Темы курсовых и дипломных работ

Список актуальных тем курсовых и дипломных работ для студентов.
А еще к нам можно просто прийти работать по этим тематикам.
Курсовые
Курсовые работы по неорганической химии
Синтез наноструктурированных оксидов со смешанной кислород-электронной проводимостью твердофазным методом
Перовскитоподобные оксиды со смешанной кислород–электронной проводимостью (СКЭП) находят применение в различных инновационных технологиях, например, сепарации кислорода из воздуха с помощью ион-транспортных мембран, которые легко интегрируются в высокотемпературные процессы: каталитической конверсии природного газа в синтез-газ; окислительного пиролиза метана с получением ацетилена; эффективного сжигания топлива с утилизацией углекислого газа, а также конверсии химической энергии топлива в электрическую энергию с помощью твердооксидных топливных элементов (ТОТЭ). Для вышеуказанных технологий, как правило, используются материалы, обладающие высокими транспортными характеристиками и стабильностью в условиях эксплуатации. Соединениями, обладающими такими характеристиками, являются нестехиометрические СКЭП оксиды со структурой кубического перовскита ABO3-δ.

Модификация СКЭП перовскитов путем замещения катионов в A- и B- подрешетках позволяет получать новые материалы с необходимыми функциональными свойствами. В лаборатории химического материаловедения ИХТТМ СО РАН в начале 2000-х годов было впервые показано, что изоморфное замещение B-катионов СКЭП оксидов высокозарядными металлами B5+ (Nb, Ta) и B6+ (Mo, W) сопровождается увеличением стабильности материала при сохранении высокой кислородной проницаемости. Новая стратегия допирования получила широкое признание и в настоящий момент активно используется другими исследователями для разработки мембранных и электродных материалов.

В курсовой работе в качестве исходного материала для замещения В-катионов высокозарядными металлами будет выбран состав La1-xSrxCo1-yFeyO3−δ (LSCF), являющийся наиболее популярным составом для катодных материалов ТОТЭ.

Научный руководитель: к.х.н. Попов Михаил Петрович, popov@solid.nsc.ru,
+7(913)064-13-85

Место практики: ИХТТМ СО РАН
    Изучение фазового состава перовскитоподобного оксида со структурой двойного перовскита
    Твердооксидные топливные элементы (ТОТЭ), способные с высокой эффективностью конвертировать химическую энергию органического топлива непосредственно в электроэнергию, являются наиболее перспективным представителем альтернативной мировой энергетики. Анализ показывает, что на мировом рынке существует огромная потребность в ТОТЭ мощностью от 1Вт до 1 кВт для мобильных и портативных устройств (военные приборы, электромобили, гаджеты и т.д.). Требованиями к таким генераторам электроэнергии являются высокая удельная мощность, прочность и возможность быстрого запуска, что может быть реализовано на микротрубчатых ТОТЭ (мт-ТОТЭ).

    В России первые работы по мт-ТОТЭ были опубликованы в 2018 году группой ученых под руководством Немудрого А.П. На сегодняшний день передовыми научными группами ведутся активные поиски новых более совершенных катодных материалов для мт-ТОТЭ, способных эффективно работать в области средних температур (500–650°C). Дело в том, что для уменьшения размеров мобильных и портативных мт-ТОТЭ желательно иметь пониженную температуру, а, следовательно, необходим переход от высокотемпературных электролитов на основе оксида циркония к среднетемпературным, например, на основе оксида церия. Снижение рабочей температуры, как известно, приводит к тому, что эффективность ТОТЭ ограничивает катодный материал, на котором возрастает поляризационное сопротивление (из-за падения скорости кислородного обмена между оксидом и газовой фазой).

    Итоговым результатом курсовой работы будет являться изучение фазового состава оригинального перовскитоподобного оксида со структурой двойного перовскита.

    Научный руководитель: к.х.н. Попов Михаил Петрович, popov@solid.nsc.ru,
    +7(913)064-13-85

    Место практики: ИХТТМ СО РАН
      Синтез суперионных систем с проводимостью по ионам серебра
      В последние годы значительно возрос интерес к разработкам в области биосенсоров, применяемых для кардио- и энцефалографии. Такие сенсоры должны обеспечить высокую чувствительность, стабильность, не вызывать аллергических реакций на коже. Среди всех известных биосенсоров наиболее стабильными характеристиками обладают электрохимические сенсоры, чувствительный элемент которых представляет собой электрод второго рода. В качестве электрохимического биосенсора предлагается использовать системы на основе суперионных проводников с проводимостью по ионам серебра. В качестве таких соединений предполагается синтез индивидуальных химических соединений в системе AgI-AgPO3.

      В работе планируется провести синтез, исследовать кристаллическую структуру, фазовый состав и ионную проводимость полученных соединений.

      Научный руководитель: к.х.н. Улихин Артем Сергеевич, ulikhin@solid.nsc.ru,
      +7(923)117-27-61

      Место практики: ИХТТМ СО РАН
      Курсовые работы по химической термодинамике
      Исследование фазовой диаграммы бинарных систем на основе орагнических солей замещенного аммония
      Органические ионные пластические кристаллы являются уникальными материалами, которые привлекают все больший интерес в последние годы, поскольку, благодаря их особым физическим свойствам, они находят новые потенциальные применения.

      Пластические кристаллы относятся к особому классу материалов, которые с одной стороны образуют кристаллическую решетку, но с другой стороны характеризуются возможностью относительно легкого движения некоторых структурных фрагментов. Именно эти движения позволяют материалам течь под действием механического напряжения, что и дало основание назвать такие вещества пластическими кристаллами. Пластичность электролита крайне желательна в электрохимических устройствах, поскольку она частично решает проблему плохого контакта между электролитом и электродами, объем которых изменяется в процессе электрохимической реакции. В то же время, использование твердого электролита устраняет проблему утечки электролита, существующую в системах с жидкими электролитами. Несмотря на очевидные преимущества пластических фаз, фазовый состав пластических фаз, образующихся в бинарных системах, до сих пор не исследован.

      В данной работе методом дифференциального термического анализа будет проведено изучение термодинамических свойств специально выбранной бинарной системы, в которой существуют высокотемпературные пластические фазы. Будет построена фазовая диаграмма и определены образующиеся фазы и области существования твердых растворов. Работа будет чрезвычайно полезна для дальнейших исследований ионного переноса с целью выяснения взаимосвязи между транспортными свойствами пластических фаз, их структурой и термодинамическими характеристиками.

      Научный руководитель: к.х.н., с.н.с. Матейшина Юлия Григорьевна, YuliaM@solid.nsc.ru, +7(906)907-73-21

      Место практики: ИХТТМ СО РАН

      Исследование наноразмерных эффектов в нанокомпозитах на основе органических солей замещенного аммония
      Исследование свойств композитов и нанокомпозитов различного состава, полученных введением неорганических частиц, является актуальной задачей физической химии. Традиционно термином «композиционные материалы» обозначают разнообразные функциональные, в том числе гибридные, материалы, полученные на основе многофазных многокомпонентных систем и которые обладают не только улучшенными, но и абсолютно новыми свойствами.

      Такие вещества обладают одновременно свойствами исходного соединения (например, полимерные композиты обладают высокой эластичностью, износоустойчивостью, химической стойкостью к агрессивным средам) и разнообразными функциональными свойствами, которые обеспечивают встроенные неорганические компоненты. Кроме того, неорганические частицы, введенные в матрицу исходного вещества, позволяют уменьшить эффективный размер областей исходной матрицы до нанометрового уровня, что может обусловить проявление различных размерных эффектов в веществе. В связи с этим, в последнее время широкое распространение получил новый класс композиционных материалов, в которых масштабный уровень размеров индивидуальных компонентов достигает нанометрового диапазона. Такие материалы получили название «нанокомпозиты».

      В настоящей работе планируется синтезировать и исследовать термодинамические параметры плавления солей замещенного аммонияв нанокомпозите, полученном путем введения нанокристаллического оксида алюминия в матрицу соли. Для исследования термодинамических характеристик полученных нанокомпозитов будет использоваться метод термического анализа, в частности метод дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК, DSC).

      Научный руководитель: к.х.н., с.н.с, Улихин Артем Сергеевич, ulikhin@solid.nsc.ru, +7(923)117-27-61

      Место практики: ИХТТМ СО РАН

      Курсовые работы по химичеcкой кинетике
      Скоро здесь появятся новые темы!
      Дипломные работы
      Синтез и исследование композитных материалов для гибридных суперконденсаторов
      Новые эффективные устройства для хранения и преобразования энергии могут найти широкое применение в современной промышленности, автомобилестроении, авиационной технике, электронике, средствах связи и бытовых приборах. Преимущества суперконденсаторов, - высокая удельная мощность, хорошая циклируемость без потери характеристик, простота конструкции и относительно низкая стоимость компонентов, ставят их в один ряд с другими устройствами для накопления и преобразования электрической энергии. Увеличение удельной емкости электродных материалов позволит еще больше приблизить характеристики суперконденсаторов к параметрам известных аккумуляторов, при этом стоимость одной фарады и единицы энергии, запасаемой в суперконденсаторах, будет ниже.

      В рамках исследования планируется провести работу по созданию нанокомпозитных оксидно-углеродных, обладающих высокими значениями удельной энергии и удельной емкости за счет эффекта «псевдоемкости». В качестве углеродной основы будут использоваться материалы, полученные из полимерных предшественников, характеризующиеся высокой чистотой, высокой удельной поверхностью, низкой зольностью, заданной регулярностью строения и возможностью целенаправленного формирования пористой структуры.

      Значения сравнительных характеристик (удельная энергия, удельная мощность) таких электродных материалов занимают промежуточное положение между литий-ионными аккумуляторами и оксидно электролитическими конденсаторам: уступая в величине удельной энергии и выигрывая в удельной мощности у аккумуляторов. Заполнить пробелы по значениям можно созданием композитных электродных материалов, совмещающих положительные моменты двух типов электрохимических устройств. В этом случае в суперконденсаторе на электродах в рабочем интервале напряжений будет протекать параллельно электрохимическая реакция, что приведет к увеличению емкости суперконденсатора.

      Руководитель: к.х.н. Матейшина Ю.Г., с.н.с. лаборатории неравновесных твердофазных процессов ИХТТМ СО РАН, YuliaM@solid.nsc.ru

      Новые структурные типы электродных материалов в качестве матриц для интеркаляции ионов щелочных металлов
      В 2019 году Нобелевская премия в области химии была присуждена за разработку литий-ионных аккумуляторов (тех самых, которыми мы пользуемся каждый день – в своих ноутбуках и телефонах). Настоящая область науки является очень перспективной, наукоемкой и насчитывает большое количество ученых по всему миру.

      «Группа материалов для металл-ионных аккумуляторов» ИХТТМ СО РАН занимается разработкой и изучением новых электродных материалов для современных химических источников тока – литий-ионных и натрий-ионных аккумуляторов, а также процессов, происходящих при их циклировании.

      Различные классы порошковых электродных материалов синтезируются как путем твердофазных реакций, так и с помощью растворных методов. Основным методом их получения в нашей группе является твердофазный механохимический синтез. Исследование структурных и электрохимических свойств синтезированных материалов проводится комплексом современных физико-химических методов анализа, включая рентгенофазовый анализ с последующим уточнением кристаллических структур полученных соединений, инфракрасную и Мёссбауэровскую спектроскопию, спектроскопию ядерного магнитного резонанса, сканирующую и просвечивающую электронную микроскопию, электрохимические методы анализа и др. Таким образом, у студента появляется возможность ознакомиться с методами синтеза и широким спектром методов исследования.

      Результаты исследований публикуются в международных высокорейтинговых журналах. Студенты участвуют в российских и международных научных конференций. Группа имеет международное сотрудничество, что позволит получить опыт общения с иностранными учеными и студентами.

      Работы ведутся при поддержке грантов РФФИ и РНФ.

      Научный руководитель: в.н.с., к.х.н. Косова Нина Васильевна 8-913-390-91-55, kosova@solid.nsc.ru

      Место практики: ИХТТМ СО РАН
      Ex situ и in situ исследование механизма процессов циклирования
      В 2019 году Нобелевская премия в области химии была присуждена за разработку литий-ионных аккумуляторов (тех самых, которыми мы пользуемся каждый день – в своих ноутбуках и телефонах). Настоящая область науки является очень перспективной, наукоемкой и насчитывает большое количество ученых по всему миру.

      «Группа материалов для металл-ионных аккумуляторов» ИХТТМ СО РАН занимается разработкой и изучением новых электродных материалов для современных химических источников тока – литий-ионных и натрий-ионных аккумуляторов, а также процессов, происходящих при их циклировании.

      Различные классы порошковых электродных материалов синтезируются как путем твердофазных реакций, так и с помощью растворных методов. Основным методом их получения в нашей группе является твердофазный механохимический синтез. Исследование структурных и электрохимических свойств синтезированных материалов проводится комплексом современных физико-химических методов анализа, включая рентгенофазовый анализ с последующим уточнением кристаллических структур полученных соединений, инфракрасную и Мёссбауэровскую спектроскопию, спектроскопию ядерного магнитного резонанса, сканирующую и просвечивающую электронную микроскопию, электрохимические методы анализа и др. Таким образом, у студента появляется возможность ознакомиться с методами синтеза и широким спектром методов исследования.

      Результаты исследований публикуются в международных высокорейтинговых журналах. Студенты участвуют в российских и международных научных конференций. Группа имеет международное сотрудничество, что позволит получить опыт общения с иностранными учеными и студентами.

      Работы ведутся при поддержке грантов РФФИ и РНФ.

      Научный руководитель: в.н.с., к.х.н. Косова Нина Васильевна 8-913-390-91-55, kosova@solid.nsc.ru, Институт химии твердого тела и механохимии (ИХТТМ) СО РАН, ул. Кутателадзе 18, лабораторный корпус, комн. 324

      Место практики: ИХТТМ СО РАН
      Исследование структурных и траспортных свойств оксидов SrFe1-xMexO3-y и SrCo1-xMexO3-y (Me=Nb, Ta, Mo, W) с помощью компьютерного моделирования
      С использованием пакетов GULP, Moldy и т.п. провести моделирование методом молекулярной динамики систем SrFe1-xMexO3-y и SrCo1-xMexO3-y (Me=Nb, Ta, Mo, W). Исследовать темепературные зависимости подвижности атомов, колебательных спектров, проанализировать возникающие при движении вакансий конфигурации, провести поиск структурных доменов и т.п.

      Нестехиометрические оксиды со структурой перовскита благодаря высокой подвижности кислорода являются перспективными материалами для высокотемпературных электрохимических устройств – селективных кислородных мембран, материалов для твердооксидных топливных элементов и т.п. Однако природа высокой подвижности кислорода в этих материалов изучена недостаточно. Существует ряд гипотез, объясняющих данное явление, например, считается, что высокая кислородная подвижность обеспечивается наличием микродоменов, по границам которых происходит движение ионов кислорода.

      Прямых методов исследования таких доменов, особенно при рабочих температурах (порядка 800-1000С) не существует или же они труднодоступны. А вот компьютерное моделирование позволяет «заглянуть» в динамику этих систем, может выступить в роли своеобразного «микроскопа» со сверхвысоким разрешением, позволяющего проанализировать качественно и количественно протекающие в твердом теле процессы.

      Преимуществом студента будет: владение ПК на уровне пользователя, склонность к программированию, знание Linux, Python, C++ и т.п.

      Финансирование: Работы по исследованию данных соединений поддержаны грантами РФФИ и РНФ

      Научный руководитель: Гайнутдинов Игорь Имильевич, ur1742@gmail.com, +79139254891

      Место практики: ИХТТМ СО РАН

      Изучение вольтамперной характеристики микротрубчатого твердооксидного топливного элемента с оригинальным катодным материалом
      Перовскитоподобные оксиды со смешанной кислород–электронной проводимостью (СКЭП) находят применение в различных инновационных технологиях, например, сепарации кислорода из воздуха с помощью ион-транспортных мембран, которые легко интегрируются в высокотемпературные процессы: каталитической конверсии природного газа в синтез-газ; окислительного пиролиза метана с получением ацетилена; эффективного сжигания топлива с утилизацией углекислого газа, а также конверсии химической энергии топлива в электрическую энергию с помощью твердооксидных топливных элементов (ТОТЭ). Для вышеуказанных технологий, как правило, используются материалы, обладающие высокими транспортными характеристиками и стабильностью в условиях эксплуатации. Соединениями, обладающими такими характеристиками, являются нестехиометрические СКЭП оксиды со структурой кубического перовскита ABO3-δ.

      Модификация СКЭП перовскитов путем замещения катионов в A- и B- подрешетках позволяет получать новые материалы с необходимыми функциональными свойствами. В лаборатории химического материаловедения ИХТТМ СО РАН в начале 2000-х годов было впервые показано, что изоморфное замещение B-катионов СКЭП оксидов высокозарядными металлами B5+ (Nb, Ta) и B6+ (Mo, W) сопровождается увеличением стабильности материала при сохранении высокой кислородной проницаемости. Новая стратегия допирования получила широкое признание и в настоящий момент активно используется другими исследователями для разработки мембранных и электродных материалов.

      В дипломной работе в качестве исходного материала для замещения В-катионов высокозарядными металлами будет выбран состав La1-xSrxCo1-yFeyO3−δ (LSCF), являющийся наиболее популярным составом для катодных материалов ТОТЭ. Будут изучены функциональные параметры микротрубчатого ТОТЭ с оригинальным модифицированным катодным материалом.

      Финансирование: Работы по исследованию данных соединений поддержаны грантом Президента РФ.

      Научный руководитель: к.х.н. Попов Михаил Петрович, popov@solid.nsc.ru,
      +7(913)064-13-85

      Место практики: ИХТТМ СО РАН

      Синтез и исследование твердых электролитов на основе пластических фаз органических солей
      Во многих системах фазовые переходы в высокотемпературные фазы приводят к разупорядочению кристаллической решетки. В ряду эффектов разупорядочения, можно выделить ориентационный беспорядок, который характерен для высокотемпературных фаз молекулярных кристаллов органических веществ. Такие состояния называют пластическими, ротационными или ориентационно-разупорядоченными фазами. В структуре этих соединений молекулы или отдельные молекулярные фрагменты могут находиться в нескольких энергетически эквивалентных состояниях, отличающихся ориентацией в кристалле. Если высота энергетического барьера, разделяющего эти состояния невелика, то молекула может легко изменять свою конфигурацию в результате быстрой реориентации, что может оказать существенное влияние на протекание процессов ионного переноса. В данной работе предполагается изучение ионной проводимости органических солей с катионами различной геометрии и размера с целью установления взаимосвязи между параметрами кристаллической структуры, термодинамическими свойствами и ионной проводимостью органических солей.

      Руководитель: д.х.н. Уваров Н.Ф., г.н.с. лаборатории неравновесных твердофазных процессов ИХТТМ СО РАН, uvarov@solid.nsc.ru

      Место практики: ИХТТМ СО РАН
      Синтез и исследование новых протонных твердых электролитов для среднетемпературных топливных элементов
      Твердые электролиты с высокой протонной проводимостью находят применение в среднетемпературных топливных элементах, работающих в области температур 150-250 оС. В этой области температур платиновые электроды не отравляются примесями СО, что существенно увеличивает срок службы элемента. В группе В.Г. Пономаревой имеется огромный опыт работ в области создания протонных твердых электролитов различного типа на основе твердых кислых солей. Для модификации солей используются методы гомогенного и гетерогенного допирования, полученные системы исследуются методами физико-химического анализа. Исследования электрохимических характеристики ведутся методами импедансной спектроскопии в широкой области температур и влажности. Работы ведутся при поддержке грантов РФФИ.

      Руководитель: д.х.н. Пономарева В.Г., вед.н.с. лаборатории неравновесных твердофазных процессов ИХТТМ СО РАН, ponomareva@solid.nsc.ru

      Место практики: ИХТТМ СО РАН (Городской корпус)
      Синтез новых анодных углеродных материалов для химических источников тока
      Целью работы является получение новых анодных материалов для химических источников тока, обладающих высокими значениями удельной энергоемкости и стабильностью на различных токах разряда.

      Для решения поставленной задачи будет использован переход от индивидуальных графитовых материалов, используемых в настоящее время в качестве анодов в электрохимических источниках тока, к композитным материалам на их основе. Наиболее перспективными в плане практического использования являются композитные материалы содержащие олово или кремний. Несмотря на то, что в данном направлении ведется большое количество работ, до сих пор остается ряд нерешенных проблем. Ключевыми из них являются стабильность (низкое падение удельной энергоемкости) от количества зарядно-разрядных циклов, стабильность в зависимости от тока разряда и, что немаловажно, возможность масштабирования способа получения новых материалов.

      Известно, что большое влияние на стабильность анодных материалов оказывают размер зерна соединения, доступность поверхности для электролита и сохранение устойчивого контакта в ходе зарядно-разрядных процессов. Таким образом, электрохимические характеристики анодов существенно зависят как от физико-химических характеристик исходных компонент композитного материала, так и от способа приготовления анода, представляющего собой композицию содержащую активную компоненту (анодный материал), а так же связующее необходимое для формирования конечного анода, который может быть использован в химических источниках тока.

      Синтез новых анодных материалов, а так формирование на их основе готовых анодов является важной и актуальной задачей как с точки зрения прикладного применения, так и с точки зрения получения фундаментальных знаний.

      Руководитель, к.х.н. Улихин А.С., с.н.с. лаборатории неравновесных твердофазных процессов ИХТТМ СО РАН, A.Ulihin@gmail.com

      Место практики: ИХТТМ СО РАН
      Синтез и изучение электрохимических характеристик композитных электродных материалов для биосенсоров
      В последние годы значительно возрос интерес к разработкам в области биосенсоров, применяемых для кардио- и энцефалографии. Такие сенсоры должны обеспечить высокую чувствительность, стабильность, не вызывать аллергических реакций на коже. Среди всех известных биосенсоров наиболее стабильными характеристиками обладают электрохимические сенсоры, чувствительный элемент которых представляет собой электрод второго рода. В данной работе в качестве электрохимического биосенсора предлагается использовать системы на основе суперионных проводников с проводимостью по ионам серебра, смешанных с металлическим серебром. Предполагается проведение широкого круга исследований, направленных на поиск оптимальных составов, изучение физико-химических характеристик таких материалов и испытания модельных электрохимических биосенсоров на основе полученных материалов. Работа проводится при поддержке гранта РФФИ.

      Руководитель, д.х.н. Уваров Н.Ф., зав. лабораторией неравновесных твердофазных процессов ИХТТМ СО РАН, uvarov@solid.nsc.ru

      Место практики: ИХТТМ СО РАН
      Разработка электрохимических устройств на основе гетероструктур, полученных на поверхности металлов методом анодирования
      Анодирование поверхности металлов является одним из методов создания различных покрытий на поверхности металлов. При определенных условиях анодирования на поверхности можно получить мезопористые пленки, представляющие собой слои оксида, содержащие сеть одномерно-упорядоченных пор приблизительно одинакового диаметра в области 10-100 нм. Важно, что размер пор можно варьировать изменением приложенного напряжения.

      Полученные покрытия можно использовать в качестве основы для создания гетероструктур, обладающих различными функциональными свойствами. В данной работе студент будет осваивать методику анодирования на поверхности титана и олова, исследовать морфологию полученных мезопористых слоев в зависимости от условий проведения процесса. В мезопоры полученных слоев будут внедрены ионные соли с целью получения композиционных твердых электролитов и планарных электрохимических устройств.

      Руководитель, д.х.н. Уваров Н.Ф., зав. лабораторией неравновесных твердофазных процессов ИХТТМ СО РАН, uvarov@solid.nsc.ru

      Место практики: ИХТТМ СО РАН
      Синтез органических солей со структурой перовскита и изучение механизма их ионной проводимости
      В последние годы большое внимание уделяется новому классу устройств фотовольтаики, основанному на применении органических солей [(CH3)3NH]MI3 (M = Pb, Sn) со структурой перовскита. Эти соединений обладают уникальными фотоэлектронными свойствами, и могут быть использованы в качестве фоточувствительных материалов для создания фотовольтаических преобразователей с высоким коэффициентом полезного действия.

      Несмотря на большое количество исследований, направленных на разработку конкретных фотоэлектрических устройств с соединениями на основе органических перовскитов, механизмы дефектообразования и ионного переноса в этих соединениях остаются малоизученными. В данной работе предполагается провести допирование соединений [(CH3)3NH]PbI3 добавками различных катионов и анионов с целью выяснения механизма образования дефектов, ионного переноса, а также влияния ионных дефефктов на фотоэлектрические характеристики указанных соединении.

      Руководитель, д.х.н. Уваров Н.Ф., зав. лабораторией неравновесных твердофазных процессов ИХТТМ СО РАН, uvarov@solid.nsc.ru

      Место практики: ИХТТМ СО РАН
      Экспериментальное определение ионных чисел переноса в композиционных материалах
      Целью работы является получение информации по определению вклада ионной проводимости в общую проводимость материалов, с помощью относительно простых и доступных электрических методов, таких как импедансная и диэлектрической спектроскопия и метод Хебба-Вагнера с ионоселективными электродами.

      Экспериментальное определение вклада ионной (в данном случае протонной) проводимости в общую проводимость материала представляет собой актуальную проблему при исследовании свойств металлокерамических материалов. Значения протонной проводимости можно оценить по результатам изучения водородопроницаемости мембран и диффузии водорода, но эти методы довольно сложны в приборостроении. Поэтому использование относительно простых и доступных электрических методов измерения для решения этой проблемы очень актуально.

      Руководитель, к.х.н. Улихин А.С., с.н.с. лаборатории неравновесных твердофазных процессов ИХТТМ СО РАН, A.Ulihin@gmail.com

      Место практики: ИХТТМ СО РАН
      Исследование процессов, протекающих на межзеренных и межфазных границах в керамических материалах, методом импедансной спектроскопии
      Целью работы является исследование процессов протекающих на границе раздела фаз в керамических ион-проводящих материалах и нанокомпозитах полученных на их основе.
      В настоящее время существует проблема получения твердотельных высокопроводящих материалов, обладающих проводимостью по различным ионам, в том числе по ионам лития. Такие материалы находят все большее применение в качестве селективных литий-проницаемых мембран для существующих (твердотельные суперконденсаторы, аккумуляторы и др.) и перспективных (литий-воздушные аккумуляторы) твердотельных электрохимических источников тока.

      Одними из ключевых требований к подобным материалам являются высокая ионная проводимость, которая сопоставима по своим значениям с жидкими электролитами, стабильность на воздухе, электрохимическая и термическая стабильности, а так же высокая газоплотность (отсутствие пористости). Данным требованиям удовлетворяют керамические твердые электролиты. Однако, процесс получения керамических мембран является крайне энергозатратным, так для формирования газоплотных материалов требуются высокие температуры отжига, либо использование дорогостоящих технологий.

      Одним из способов решения данной проблемы является переход от индивидуальных соединений к композитным системам типа «керамический ионный проводник - ионная соль», в которых газоплотность достигается за счет того, что ионная соль, заполняет все поровое пространство. Для формирования подобных систем необходимо образование прочной стабильной границы раздела фаз «керамический материал - ионная соль».
      Понимание процессов, протекающих на межфазной границе, позволит прогнозировать поведение подобных систем и проводить целенаправленный синтез новых материалов с заданными свойствами.

      Таким образом, данная работа является актуальной как с точки зрения получения фундаментальных знаний, так и практического применения подобных систем в твердотельных электрохимических устройствах

      Руководитель, к.х.н. Улихин А.С., с.н.с. лаборатории неравновесных твердофазных процессов ИХТТМ СО РАН, A.Ulihin@gmail.com

      Место практики: ИХТТМ СО РАН
      Синтез композитных катодных материалов типа NMC для литиевых аккумуляторов методом золь-гель
      Сегодня литий-ионные аккумуляторы – это наиболее популярный источник питания для многих устройств, начиная от мобильных телефонов и заканчивая электромобилями. Физическая основа литий-ионного аккумулятора – два электрода, анод (плюс) и катод (минус), разделенные пористым полимерным материалом. Во время зарядки, электрический ток перемещает ионы лития от катода к аноду, а во время работы батареи, ионы движутся обратно. Такие батареи обладают высокой удельной емкостью, длительным сроком службы и эксплуатационной безопасностью.

      Несмотря на существующие преимущества, задачи повышения емкости и скорости зарядки элементов питания остаются актуальными. Известные и используемые к настоящему моменту катодные материалы обеспечивают один из этих компонент. Одним из перспективных направлений является разработка смесевых композиций электродных катодных материалов, состоящих из двух (или более) активных компонентов, с целью использования преимуществ обоих (или более).

      Благодаря уникальной комбинации свойств такие катоды имеют преимущества: больший ресурс, снижение емкостных потерь при циклировании, уменьшение стоимости, улучшение термической стабильности, приемлемые профили зарядно-разрядных характеристик и др. Успех в этих областях будет в основном зависеть от дальнейшего изучения и разработки новых композиционных электродных материалов с более высокой плотностью энергии.

      Руководитель: к.х.н. Матейшина Ю.Г., с.н.с. лаборатории неравновесных твердофазных процессов ИХТТМ СО РАН, YuliaM@solid.nsc.ru

      Место практики: ИХТТМ СО РАН