Розроблена і випробувана кімнатна твердооксидна метаноловая комірка прямої дії на основі кераміки з гідроксонієвого бета-глинозему. Важливою відзнакою комірки є висока ефективність, що проявляється в співвідношенні метанол/вода, близькому до 3:2, при якому досягається найбільша робоча напруга.

Досліджені низькотемпературні комірки з катіонною провідністю на основі планарних керамічних мембран з Na -β"- Al2O3 і товстоплівкових нанокомпозитних або звичайних металевих електродів. Показано, що провідність комірок збільшується більш ніж в два рази при тому ж електроліті, конструкції і умовах вимірювань.

Синтезовано протонпровідні плівкові полімерні електроліти (ППМ) золь-гель методом на основі суміші уретансечовинних мономерного і олігомерних сполук, які містять в своєму складі сульфокислотні групи та оксиетиленові фрагменти. Провідність отриманих ППМ складає 10-6-10-5 См/см при температурах 60-1000С в атмосфері сухого азоту, а при зволоженні зростає на 2-3 порядки. Температурні залежності протонної провідності ППМ в «арреніусівських» координатах мають нелінійний вигляд і описуються рівнянням Вогеля-Таммана-Фальчера, що зв’язує механізм протонного переносу зі сегментальною рухливістю олігооксиетиленових ланцюгів.

Синтезовано етоксисилільні аміно- та гідроксилвмісні олігоетиленоксидні прекурсори з сульфогрупами в своєму складі. На їх основі методом золь-гель конденсації отримано протонпровідні наноструктуровані органо-неорганічні мембрани, здатні до протонної провідності в безводних та мало зволожених умовах. Досліджено вплив зміни співвідношення органічної та неорганічної фаз на властивості синтезованих ППМ. Дані мембрани характеризуються провідністю в межах 10-5 - 10-4 См/см при температурі 1200С в атмосфері сухого азоту.

Зроблена спроба ущільнити вуглецевий каркас наноструктурованих вуглецевих матеріалів (НВМ), одержаних темплатним методом, додатковою обробкою його внутрішнього поруватого простору. Встановлено, що ущільнення вуглецевого каркасу НВМ призводить до практично повної ліквідації мікропор та збільшенню механічної міцності матеріалу. Методом малокутового розсіяння рентгенівського випромінення вивчено еволюцію особливостей ближньої впорядкованості і поруватості нанопоруватих вуглецевих адсорбентів, отриманих методом темплатного синтезу на всіх проміжних стадіях процесу, а також в результаті їх ущільнення.

Проведено компютерні розрахунки взаємодії двох крайових дислокації в наводненому металі. Розрахунки встановили, що при концентрації дифузійного водню в межах 2,5-10 см3/100г в металі виникає ефект локалізації пластичності. Принциповим є те, що у наводненому залізі (на відміну від заліза, що не містить водень) сила відштовхування двох дислокацій має екстремальний характер. Встановлено, що при наявності дифузійного водню в металі максимальна сила відштовхування між двома крайовими дислокаціями зменшується. Тому за наявності водню мікродефекти в металі можуть виникати при значно менших зовнішніх навантаженнях, що призводить до значного погіршення механічних характеристик металу.

Запропоновано циклічну відновлювально-окиснювальну термічну обробку кераміки ScCeSZ–NiO, кожний окремий цикл якої полягає у відновленні матеріалу у високочистому водні (99,99 vol.%H2, надлишковий тиск 0,12 MPa) упродовж 4 h при 600°С та подальшому окисненні в повітрі (без надлишкового тиску) за цих же умов. Це дає можливість після третього циклу обробки одержати відновлений матеріал зі стабілізованою і підвищеною електропровідністю, незважаючи на понижений вміст оксиду нікелю.

Досліджено вплив умов синтезу (рН осадів гідроксиду цирконію) на фрактальну структуру ітрій-стабілізованого оксиду цирконію. Виявлено, що кращим рН осадження гідроксиду цирконію для отримання м'якого агломерованих наночастинок ZrO2 є ~ 4,5. Методом малокутового розсіювання рентгенівських променів (МУР) визначено, що маса-фрактальна агрегація прекурсорів сприяє гарній фільтрації гідроксидних осадів і дозволяє підготувати оксиди з м'якими агрегатами, що легко руйнуються.

Показано, що в твердооксидній паливній комірці з керамічними Ni-вмісними анодами упродовж першого робочого циклу матеріал анода у водні відновлюється, що зумовлює зміни його мікроструктури та властивостей. Проаналізовано структурні зміни в матеріалі анода з різним вмістом NiO від невідновленого (ScCeSZ–NiO) до відновленого (ScCeSZ–Ni) стану, які пов’язано з його електропровідністю.

Узагальнено підходи до синтезу полімерних аніонообмінних мембран для паливних елементів. Запропоновано класифікацію синтезованих аніонообмінних мембран, яка базуеться на хімічній будові основного ланцюга полімеру та складі системи. Наведено деякі харктеристики синтезованих мембран і паливних елементів з їх застосуванням. Розглянуто основні напрямки досліджень в даній області.

Запропоновано альтернативний метод виготовлення аноду керамічних паливних комірок (КПК), який забезпечує високу міцність відновленого аноду за рахунок цирконієво-кераміного остову з незмінної компоненти. Металева фаза вводиться просоченням остову сіллю Ni(NO3)2•6H2O. Міцність керамічного остову знаходиться в межах 100 МПа і не зменшується після відновлення Ni. Метод забезпечує рівномірний розподіл компонентів композиту в об’ємі і утворення в ньому безперервних трифазних меж (Ni-ZrO2-пора)

Досліджено вплив температури спікання на механічну поведінку і електричну провідність керамічного електроліту 10Sc1CeSZ. Встановлено, що істотній вплив температури спікання на властивості електроліту здійснюється як через ущільнення порошкового матеріалу, так і зміну розміру зерен і пор, а також перерозподілу домішків по межах зерен. В залежності від властивостей порошку та температури спікання може бути отримано два типи поведінки провідності з температурою в інтервалі 250 - 850 оС.

Розроблені, створені та випробувані експериментальні моделі пристроїв водородної енергетики з керамічними мембранами з бета-глинозему, включаючи металогідридний акумулятор, метанолову комірку прямої дії, алюміній-повітряну батарею та інші. Запропоновано нові способи формування високопровідного стану.

Показано, що використання вдосконаленої золь-гель методики синтезу дозволяє знизити температуру синтезу, а також одержувати однофазні кристалічні «м’які» осади наночасток для виготовлення катодних матеріалів La0.775Sr0.225MnO3, La0.8Sr0.2Co0.8Fe0.2O3. Розроблено стенд для проведення вимірювань електрофізичних характеристик елементів паливної комірки в широких температурних інтервалах, а також широкому діапазоні парціальних тисків газів (як сухих, так і вологих).

Вивчено вплив умов синтезу на фрактальну структуру наночасток стабілізованого оксиду цирконію та властивості керамічних матеріалів на їх основі. Показана можливість зниження температури спікання кераміки стабілізованого оксиду цирконію на 200-300 °С. Досліджено вплив комплексних стабілізаторів (Y2O3+CeO2 та Y2O3+Fe2O3) на стабільність високотемпературної фази ZrO2 у часі та на кисневу провідність в інтервалі парціальних тисків кисню 10-15 Па < P < 10+5 Па. При синтезі катодних матеріалів на основі системи La1-xSrxMnO3 золь-гель методом, одержано однофазну структуру перовскиту при низьких температурах (Т ≤ 870 К). Показано можливість синтезу пористих плівок з високою електронною провідністю, величину пор яких можна змінювати. Отримані результати дозволяють рекомендувати розроблені електродні та катодні матеріали для створення низькотемпературних (970-1070 К) керамічних паливних комірок.

Водень негативно впливає на міцність зварних з’єднань ВМНЛ сталей. Для ефективного запобігання негативному впливу водневої крихкості необхідно розуміти фізику цього явища. В роботі представлені результати фізико-математичного та комп’ютерного моделювання оборотної водневої крихкості та дифузії з урахуванням пасток водню. Створено комп’ютерну програму для аналізу особливостей взаємодії крайових дислокації в наводненому залізі. Запропоновано математичну модель оборотної водневої крихкості, що враховує ефект водневої локалізації пластичності, проведені відповідні розрахунки падіння крихкої міцності зерна наводненого металу. Проведено розрахунок дифузії водню і його перерозподілу між дифузійним і залишковим в зварному з'єднанні в процесі зварювання. Встановлено нові закономірності водневого окрихчення та особливостей поведінки водню в зварних з’єднаннях ВМНЛ сталей.

Показана можливість золь-гель синтезу плівок твердого розчину La0.775Sr0.225MnО3 з використанням неіоногенної поверхнево-активної речовини. Вивчено електрофізичні властивості плівки La0.775Sr0.225MnО3, отриманої золь-гель методом з використанням поверхнево-активної речовини. Встановлено, що одержані плівки характеризуються високими значеннями електрофізичних характеристик, зокрема величиною магніторезистивного ефекту MR ≥ 8%.

В роботі розглянуто проблему одержання матеріалів для створення високоефективних середньотемпературних твердооксидних паливних комірок (ТОПК). Проведено порівняльний аналіз механо – електричних властивостей кераміки, виготовленої з порошків 10Sс1CeSZ трьох різних виробників – Praxair (США), DKKK (Японія) та власної розробки. Показано, що порошок 10Sc1CeSZ, одержаний в ІПМ НАНУ є найбільш перспективним для використання при виготовленні ТОПК. Електролітна кераміка, виготовлена з цього порошку, демонструє високу йонну провідність та механічну поведінку, а також проявляє низьку схильність до швидкої рекристалізації, наслідком якої є деградація властивостей. Було відпрацьовано оптимальний режим одержання катодного матеріалу на основі кобальтиту лантану зі структурою перовскиту, який характеризується однорідністю частинок з вузьким розподілом по розміру. Було сконструйовано і проведено випробування при 600 °С і подачі побутового газу батареї з п’яти паливних комірок.

Обгрунтовано і доведено математичну модель термоп’єзопружної фільтрації та нестаціонарного теплообміну при русі рідини в підземних проникних шарах на основі нового рівняння підземної гідродинаміки

Розроблено метод теплового і гідродинамічного розрахунку підземних акумуляторів теплоти в глибинних проникних шарах, який дозволяє врахувати реальні періоди роботи теплоакумулюючої системи

Робота спрямована на вирішення проблеми виробництва в Україні гібридних твердооксидних паливних комірок (ТОПК). Мета роботи – дослідити фізико-механічні властивості (електропровідність, міцність, витривалість, тріщиностійкість) ряду матеріалів для ТОПК залежно від їх природи і структурно-фазового складу з врахуванням впливу технологічного середовища (висока температура і водневовмісні гази) та виявити оптимальні функціональні і конструкційні матеріали для створення ефективних вітчизняних ТОПК. Об’єкт досліджень – кераміки систем YSZ–NiО, ScCeSZ–NiО і поруваті металічні сплави на основі титану і заліза, призначені для анодів, а також сплави системи Ti–Si–Al–Zr–B для мікротурбін гібридних ТОПК. Встановлено, що кераміка YSZ–50 мас.%NiО і титановий сплав Ti–1,4 мас.%Si–8,0%Al–2,2%Zr є кандидатними матеріалами для подальшої оптимізації технології їх виробництва і застосування в гібридних ТОПК.

Створені гібридні нанокомпозиційні електрокаталізатори відновлення кисню на основі електропровідних полімерів (ЕПП) – поліаніліну, поліпіролу, допованих гетерополікислотами Кеггіна (ГПК), та оксидів перехідних металів (V2O5, TiO2, Со3О4), а також їх біфункціональні аналоги, які додатково містять у своєму складі до 5 мас. % нанорозмірної платини або паладію. Встановлено, що активність розроблених нанокомпозиційних електрокаталізаторів в реакції відновлення кисню обумовлена сукупністю та взаємним впливом каталітичної дії всіх складових композитів і залежить від хімічної природи оксиду, ЕПП і ГПК, наявності у складі композитів нанорозмірних Pt або Pd, а також рН електроліту. Одержані біогібридні електрокаталізатори відновлення кисню на основі ЕПП та ферментів – лакази (Lac) та пероксидази (HRP). Встановлено, що в композитах на основі Lac фермент забезпечує активацію та відновлення кисню за 4-х електронним механізмом, а гібридні електрокаталізатори на основі HRP здатні до відновлення як О2, так і продукта його 2-х електронного відновлення (Н2О2), що підвищує ефективність гібридних електрокаталізаторів.

Для розробки систем і технологій зберігання й транспортування молекулярного водню здійснюється пошук матеріалів здатних до багаторазової взаємодії з воднем, його накопичення, утримування й подальшого контрольованого вивільнення у заданому інтервалі температур. Поєднання вуглецю з металами є перспективним елементом нових композитних матеріалів. Розроблено енергоекономні методи електрохімічого формування вуглецевих структур на оксидованій поверхні металів та піролізу органічних солей металів. Показано, що сорбційна активність одержаних нових композитів метал / оксид металу / вуглець відносно водню становить, в середньому, 1 ÷ 1,5 мас.%. Створені матеріали є набагато дешевшими і доступнішими, аніж інші алотропні форми вуглецю з такими ж показниками сорбції водню. Потрібно опрацювати способи підвищення ефективності одержаних електроактивних композитів

Для поруватого керамічного композита 10Sc1CeSZ–NiO як матеріалу анода-підкладки керамічної паливної комірки запропоновано циклічну відновлювально-окиснювальну обробку (відокс-циклування або англійською redox cycling), кожний окремий цикл якої полягає у відновленні матеріалу у водні впродовж 4 h при 600 °С та наступному окисненні у повітрі за цих же умов. Це дає можливість одержати анодний кермет 10Sc1CeSZ–Ni з підвищеною електронною провідністю, незважаючи на понижений вміст оксиду нікелю, та міцністю на рівні композита у вихідному стані.

Встановлено вплив способу введення нанорозмірної платини в біфункціональні нанокомпозиційні електрокаталізатори реакції відновлення кисню (РВК) на основі електропровідних полімерів (ЕПП) – поліаніліну, поліпіролу, допованих гетерополікислотами Кеггіна (ГПК) – H3PMo12O40, H3PW12O40, оксидів перехідних металів (V2O5, TiO2, Со3О4) та нанорозмірної Pt (до 5 мас. %) на їх ефективнісь у зазначеному процесі. Встановлено шляхи покращення функціональних властивостей гібридних електрокаталізаторів на основі ЕПП та ферментів (лакази, пероксидази), за рахунок підвищення вмісту ферментів в композитах та максимального збереження їх активності. Розроблено ефективні способи нанесення каталітичного шару на основі одержаних гібридних композитів на пористий вуглецевий папір Toray та встановлено їх основні електрокаталітичні властивості у РВК в паливних напівелементах (папір Toray|електрокаталізатор|електроліт).

Сумісною конденсацією двох типів алкоксисилільних прекурсорів отримані протонпровідні органо-неорганічні мембрани з сульфокислотними групами, ковалентно приєднаними до матриці. Показана можливість регулювання властивостей мембран шляхом зміни співвідношення прекурсорів. Значення протонної провідності отриманих матеріалів складають 10-6-10-5 См/см при температурах 60-1000С в атмосфері сухого азоту. Протонний перенос в даних системах реалізується за рахунок сегментальної рухливості олігооксиетиленових ланцюгів (механізм Гротгуса). Зволоження мембран викликає збільшення протонної провідності на 2-3 порядки.

Охарактеризовано нові тенденції у світовій альтернативній енергетиці, що пов’язані зі зміщенням пріоритетних досліджень та розробок від паливних комірок до акумуляторів нового покоління. Описано перспективні підходи, засновані на використанні рідких та твердих катіонних електролітів. Представлені деякі останні досягнення вітчизняної науки в галузі матеріалознавства нових електрохімічних систем і наноструктурних матеріалів.

мСумісною конденсацією двох типів алкоксисилільних прекурсорів отримані протонпровідні органо-неорганічні мембрани з сульфокислотними групами, ковалентно приєднаними до матриці. Показана можливість регулювання властивостей мембран шляхом зміни співвідношення прекурсорів. Значення протонної провідності отриманих матеріалів складають 10-6-10-5 См/см при температурах 60-100оС в атмосфері сухого азоту. Протонний перенос в даних системах реалізується за рахунок сегментальної рухливості олігооксиетиленових ланцюгів (механізм Гротгуса). Зволоження мембран викликає збільшення протонної провідності на 2-3 порядки.

Порівнювання β-Al2O3 (Na2O⋅11Al2O3) и β”-Al2O3 (Na2O⋅5,5Al2O3), отриманих за однакових умов з таких самих прекурсорів показує, що перші мають монофазну стовпчасту структуру з К1с до 7 МПа*м1/2 та міцність понад 200 МПа, тоді як другі виявляють дуплексну структуру з більш низькими механічними властивостями при однаковому модулі Вейбулла.

Методами імпедансної спектроскопії, температурної залежності провідності та вольтамперометрії електрохімічних комірок досліджені причини відмінності йонної провідності кераміки з бета-глинозему від провідності монокристалів, а також деградації провідності в процесі виготовлення та зберігання мембран. Запропоновані нові мпособи формування високопровідного стану. Отримана питома провідність при кімнатній температурі 0,03 См/см, що відповідає світовим показникам для монокристалів Na-beta"-Al2O3. Воднева провідність при кімнатній температурі підвищилася до 0,004 См/см.

Розглянуто електрохімічні характеристики та електрокаталітичні властивості в реакції відновлення кисню гібридних нанокомпозитів на основі електропровідних полімерів (ЕПП) - поліаніліну (ПАн), поліпіролу (ППі), допованих H3PMo12O40 (ФМК), та нанорозмірних TiO2 або Со3О4 - ЕПП ФМК / оксид , а також їх біфункціональних аналогів, які додатково містять у своєму складі до 5 мас. % нанорозмірної платини - ЕПП ФМК / оксид / Pt.

Розроблено методику та інструментарій для дослідження міцності дискових керамічних зразків в умовах біаксиального згину за схемою кільце-кільце за високої (до 800°С) температури в технологічному водневомісному середовищі твердоокисної паливної комірки і безперервного вимірювання в часі фізичних характеристик матеріалу (питомого електроопору та електропровідності).

Досліджено вплив умов синтезу (послідовного осадження, співосадження, і золь-гель методу) на фрактальну структури ітрій-стабілізованого діоксиду цирконію. Було показано, що різниця між методами виразно проявляється в ксерогельних наноструктурах, а саме в кількості фрактальних рівнів агрегації (три рівня при гідроксидних і два при золь-гель) і відсутність масової фрактальної агрегації в золь-гель методі. Встановлено, що масово-фрактальна агрегація прекурсорів сприяє гарній фільтрації гідроксиду опадів і дозволяє підготувати осади з м'якими агрегатами, що легко руйнуються. Показано, що поверхнево-фрактальної агрегація сприяє добрій пресуємості оксидів.

Запропоновано математичну модель дифузії водню в металі з урахуванням пасток, яка описує перерозподіл водню між залишковим і дифузійним. Проведено розрахунки температурного поля, напружено-деформованого стану та концентраційного поля водню в зварному з'єднанні високоміцної сталі при однопрохідному дуговому зварюванні. Роль пасток вивчали на прикладі взаємодії водню з дислокаціями, яка лежить в основі механізму утворення індукованих воднем холодних тріщин. Показано, що врахування взаємодії водню з пастками дозволяє описати уповільнення дифузії водню і зменшення кількості дифузійного водню.

Отримано аналітичне розв’язання задач взаємного теплового впливу вертикальних свердловин при довільному їх розташуванні та формули для визначення коефіцієнтів теплопровідності і температуропроводності за допомогою свердловин

Проведено розрахунки зміни сили взаємодії крайових дислокацій під дією водню. Показано, що для виникнення ефекту водневої локалізації пластичності досить невеликих концентрацій водню, які характерні для зварних з'єднань ВПНЛ сталей. Проаналізовано зміну властивостей скупчень крайових дислокацій в наводненому металі.

В даній роботі вивчалися електрохімічні властивості подвійного електричного шару, що виникає на межі нанопористого вуглецю (НВ) і 30% водного розчину КОН, використовуючи циклічну вольтамперометрію та електрохімічніу імпедансну спектроскопію. Досліджувались ємнісні характеристики лабораторних зразків суперконденсаторів (СК), при сталому струмі розряду в інтервалах від 10 до 100 мА.

Досліджено вплив оксиду заліза на поліморфний стан і тонку структуру кубічних твердих розчинів в системі (ZrO2)0,9(Y2O3)0,1-x(Fe2O3)x. Встановлено, що іони Fe3+ знаходяться в октаедричних позиціях структури ZrO2, а гранична розчинність Fe2O3 в досліджуваному розрізі потрійної системи складає 2 мол.%. Показано, що Fe2O3 не є стабілізатором високотемпературних модифікацій ZrO2, але суттєво збільшує ефективність Y2O3 як стабілізатора структури в часі за рахунок можливого утворення сполуки Y–Fe–O, ізоморфної c-ZrO2.

Добре відомо, що водень негативно впливає на механічні властивості багатьох металів. Явище оборотної водневої крихкості (ОВК) є прикладом такого впливу. ОВК проявляється при низьких концентраціях водню і, отже, робить шкідливо впливає на надійність відповідальних металоконструкцій. У даній роботі була вдосконалена математична модель ОВХ металу. У новій моделі враховується ефект водневої локалізації пластичності, який виникає в зоні концентрації дислокацій, і перенесення водню крайовими дислокаціями до зародку субмікротріщини. За допомогою чисельних методів була досліджена температурно-швидкісна залежність ступеня водневого окрихчення металу δ (Т).

Вивчено вплив деяких параметрів темплатного синтезу наноструктурованих вуглецевих матеріалів на формування структури їх поруватого простору. Показано, що оптимізація параметрів висушування водних суспензій синтезованих вуглецевих матеріалів дає змогу підвищити ступінь монопо- руватості готових матеріалів й істотно зменшити вміст мікропор в їхній структурі. Це відкриває перспективу практичного використання цих матеріалів як носіїв каталізаторів і мембран.

Високотемпературний протонопровідний матеріал на основі вуглецевих кластерів, протонна провідність якого в широкому діапазоні температур не залежить від відносної вологості середовища, який відрізняється тим, що містить також вуглеводневі полімери загальної формули (СхНу)n (х = 1-2, у = 1) або азотовмісні полімери загальної формули (СхНуNz)n (x = 5-6, y = 4-5, z = 1), не містить функціональних груп дисоціації протонів і має інжектовану протонну провідність в діапазоні середніх і високих температур.

Показано, що в Ce-вмісних системах утворюються більш стійкі плівкоутворюючі гелі, що призводить до блокування кристалізації окремих солей при термообробці плівок, тобто до відсутності розшарування компонентів та збільшенню швидкості утворення зародків. Проведені дослідження дозволили оптимізувати хімічний склад і технологію одержання плівкового електролітного шару для високотемпературної паливної комірки на основі стабілізованого оксиду цирконію.

Методом 1Н ЯМР спектроскопії проведено вимірювання стану води в пористому со-полімері стиролдивінілбензолу й визначено вплив на міжфазну воду ряду органічних молекул (ДМСО, CHCl3, CH4). Виявлено, що в присутності хлороформу й метану частина води переходить у слабоасоційований стан, який характеризується хімічним зсувом 0-1,5 м.ч., а при надлишку хлороформу більша частина сильноасоційованої води витісняється з пор на зовнішню поверхню адсорбенту. Зміна хімічного зсуву сильноасоційованої води обумовлена зміною структури самої води. Сильний електронодонор − ДМСО не руйнує структуру поліасоціатів міжфазної води.

Одержано гібридні електрокаталізатори відновлення кисню на основі електропровідних полімерів (ЕПП) та ферментів – лаккази (Lac) та пероксидази (HRP). Встановлено, що в композитах на основі Lac фермент забезпечує активацію та відновлення кисню за 4-х електронним механізмом, а гібридні електрокаталізатори на основі HRP здатні до відновлення як самого О2, так і продукта його 2-х електронного відновлення (Н2О2), що підвищує ефективність гібридних електрокаталізаторів. Встановлено, що попередня оптимізація складу нанокомпозитів ЕПП∙ФМК/оксид (де ЕПП = поліанілін або поліпірол; ФМК = H3PMo12O40; оксид – нанорозмірні TiO2, Со3О4) забезпечує підвищення електрокаталітичної активності у реакції відновлення кисню (збільшення величини каталітичних струмів у позитивній області потенціалів) відповідних їм біфункціональних нанокомпозитів ЕППФМК/оксид/Pt, що містять у складі до 5 мас. % наночастинок Pt, порівняно з неоптимізованими аналогами.

Досліджені механізми формування й розпаду фаз, що визначають властивості як композиційних, так і керамічних водневих електролітів з бета-глинозему. На основі моделей, що описують отримані дані, розроблені нові способи формування властивостей електролітів і створені моделі водневих енергетичних пристроїв.

Виконано техніко-економічний аналіз стану й перспектив альтернативної енергетики, заснованої на довгостроковому зберіганні фотоелектричної енергії в більших обсягах. Визначені актуальні напрямки наукових досліджень і інновацій. Наведені приклади успішної комерціалізації за кор-доном нових енергетичних джерел, функціонуючих на твердих катіонних бета-глиноземних електролітах.

High porous carbon material was prepared by template synthesis. Ni-carbon materials were formed by deposition of Ni2+ salts into the carbon supporter pores and by following reducing of adsorbed Ni2+ to Ni. The structure peculiarities of nickel– carbon materials were studied by small-angle X-ray scattering methods. Obtaining Nicarbon materials used as electrodes in proton pump were enabled to raise its power and to reduce the price. The Ni-nanocarbon electrodes in proton pump have shown the high catalytic activity in electrode processes of hydrogen ionization. It was demonstrated the influence of proton current on the rate of some catalytic reactions such as propene hydration, isopropyl alcohol dehydration, synthetic gas to dimethyl ether conversion and isopropylbenzene hydrocracking. The use of Ni-carbon nanostructured materials as electrodes and proton current increases essentially the hydrogenating function of industrial catalysts in isopropylbenzene hydrocracking process.

Чисельними методами розв’язана задача ефузії водню з наплавленого металу, який містить енергетичні пастки водню. Виділення залишкового водню із енергетичних пасток описувалось окремим членом у рівнянні дифузії. Показано, що запропонована модель дозволяє описати наявність кількох піків на спектрі термодесорбції видалення водню, як наслідок наявності пасток, що мають різні енергії зв’язку з воднем. Запропонована модель дозволяє врахувати вплив пасток на дифузію водню в металі.

Показано, що використання золь-гель методу при синтезі катодного матеріалу на основі манганітів лантану стронцію дозволяє отримати частки з високою пористістю, а також знижує температуру одержання однофазного продукту на 500 °С. Проведені дослідження дозволили оптимізувати хімічний склад і технологію одержання катодних матеріалів.

Показано, що нанокомпозити на основі електропровідних полімерів (ЕПП), V2O5 та гетерополікислот (ГПК) Кеггіна – ЕППГПК/V2O5, а також аналогічні нанокомпозити, які додатково містять до 7 мас. % нанорозмірної Pt або Pd – ЕППГПК/V2O5/Met є електрохімічно активними матеріалами у водних електролітах (0,1 М H2SO4 і фосфатний буферний розчин з рН 5,4) в області потенціалів -0,4÷1,0 В (відн. Ag/AgCl) та здатні до оборотних електрохімічних перетворень. Встановлено, що нанокомпозити ЕППГПК/V2O5 і ЕППГПК/V2O5/Met є ефективними електрокаталізаторами відновлення кисню у водних кислих та близьких до нейтральних електролітах, що обумовлено спільною каталітичною дією різних компонент.

Наведено дані щодо будови, механічної поведінки та електричної провідності цирконієво-керамічного електроліту, який стабілізований 10-мол. % Sс2O3 та 1-мол. % CeO2. Нанорозмірний порошок був виготовлений співосадженням з водного розчину та порівнювався з аналогічними порошками промислових виробників: DKKK (Японія) та Praxair (США). Дослідження електричної провідності в інтервалі температур 250-800 С показало, що кераміка з порошку, виготовленого авторами, має найвище значення загальної провідності.

На підставі результатів дослідження гібридних нанокомпозитів на основі електропровідних полімерів (ЕПП), гетерополікислот (ГПК) та V2O5 (ЭППГПК/V2O5), а також їх біфункціональниханалогів ЕПП ГПК/V2O5/Pt (Pd) методами скануючої електронної мікроскопії, рентгенівської дифракції, ІЧ-спектроскопії, циклічної вольтамперометрії та ін. зроблені висновки про інтеркаляцію макромолекул у міжшарові галереї часток V2O5 і відсутності в них об'ємних аніонів-допанта ГПК, про електропровідний окислений стані ЕПП в отриманих нанокомпозитах, а також про збереження в них структурної ідентичності кеггіновскіх одиниць і неорганічної матриці. Показано, що в 0,1 М H2SO4 і у фосфатному буферному розчині з рН 5,4 нанокомпозити є електрохімічно активними в області потенціалів -0,4 ÷ 1,0 В (отн. Ag / AgCl), характеризуються високою стабільністю редокс-характеристик в процесі оборотних редокс-перетворень і проявляють каталітичні властивості в реакції електровідновлення кисню.

Отримано гібридні нанокомпозиційні електрокаталізатори відновлення кисню на основі електропровідних полімерів (ЕПП), доповані гетерополікислотами (ГПК), і V2O5, а також їх біфункціональні аналоги, що додатково містять до 5 мас. % нанорозмірної Pt або Pd. Встановлено вплив складу нанокомпозитів, хімічної природи ЕПП і ГПК, наявності в складі матеріалів V2O5, нанорозмірних платини або паладію, а також рН електроліту на активність нанокомпозиційних електрокаталізаторів (величину каталітичного струму та потенціал його появи).

Одержано та охаректеризовано нанокомпозитні електрокаталізатори відновлення кисню повітря на основі електропровідних полімерів (поліаніліну, поліпіролу), допованих гетерополікислотами Кеггіна, та оксидів перехідних металів (TiO2, Со3О4 або WO3), а також біфункціональні нанокомпозити, які додатково містять у своєму складі до 5 мас. % нанорозмірної платини або паладію.

Внутрішня поверхня нанопор високопоруватих вуглецевих матеріалів, отриманих темплатним синтезом на основі неорганічних молекулярних сит і полімеру з високим коксовим залишком, використана як носій каталітично активних кластерів нікелю. За допомогою методів малокутового розсіяння (МКР) рентгенівського випромінювання та структурно-адсорбційних досліджень встановлено взаємозв'язок особливостей формування, структури та функціональних властивостей даної каталітичної системи. Каталітичну активність нанокластерів Ni, нанесеного на вуглецеві матеріали, досліджували в процесах катодного відновлення гідратованих протонів та гідрокрекінгу алкілароматичних вуглеводнів. Встановлено, що нанокластери нікелю, сформовані у вигляді дендрітоподібних агрегатів всередині поруватого простору вуглецевої матриці, проявляють найбільшу каталітичну активність в обох процесах.

Даний огляд технологій отримання керамічних катіонних електролітів на основі бета-глиноземів і виконані експериментальні дослідження із застосуванням холодного ізостатичного пресування (ХІП) при тисках до 0,8 ГПа. Отримані матеріали з натрієвою провідністю близько 700 мкОм- 1⋅см-1 в β-фазі і 1300 мкОм-1⋅см-1 в β"-фазі при кімнатній температурі. Встановлено, що заміна Na+ на К+ знижує провідність майже на порядок, а Na+ на Н+ - на два порядки. Виявлено, що кераміка змішаного типу (Na, K) -β"- Al2O3 демонструє аномально високу провідність при молярному складі прекурсорів Na : K = 1 : 2.

Досліджені механізми провідності каркасних структур на основі водневого бета-глинозему.

Порівняння теоретично розрахованих обсягу елементарної комірки і міжатомних відстаней в системі La0.7Sr0.3Mn1-xMexO3 + δ (де Me = Cu, Fe, Cr, Ti) і експериментальних даних, отриманих методом повнопрофільного аналізу рентгенограм Рітвельда, а також аналіз магнітних властивостей дозволило нам запропонувати можливі механізми компенсації заряду, що виникають при заміщенні марганцю d металами.

Досліджено електрокаталітичні властивості біфункціонального нанокомпозиту на основі електропровідного поліаніліну, допованого 12-фосфорвольфрамовою кислотою, V2O5 та нанорозмірної платини в реакції відновлення кисню у водних електролітах.

Методом рентгенофазового аналізу досліджено вплив оксиду міді на ступінь стабілізації оксиду цирконію, стабілізованого церієм (Ce-ZrO2). Показано, що введення невеликих домішок CuO сприяє зниженню температури спікання, а також суттєво підвищує щільність кераміки t-ZrO2.

Для поліуретанів , наноструктурованих комплексними моно- та полігетероядерними металорганічними сполуками, методом ДРА виявлено підвищення протонної провідності при постійному струмі на 2-3 порядки Провідність та молекулярна рухливість макроланцюгів зростають в ряду: СПУ-0 < ЛПУ< СПУ-Cu < СПУ-Cu2ZnNCS

Досліджені механізми провідності каркасних структур та композитів на основі водневого бета-глинозему у вакуумі та водні.

На основі мікроскопічної теорії дифузії запропонована модель транспортування атомів водню крайовою дислокацією. Отримано рівняння дифузії водню в полі рухомої крайової дислокації, яке дозволяє розраховувати кількість водню, транспортується дислокацією в залежності від температури металу, швидкості руху крайової дислокації і концентрації вільного водню. Чисельний розрахунок показав, що перенесення водню крайової дислокацією має максимум при температурі близькій до нормальної. Отримані результати добре узгоджуються з особливостями ОВХ.

Одержані нанокомпозити гість-хазяїн на основі електропровідного поліаніліну, допованого 12-фосфорвольфрамовою кислотою і V2O5, а також його біфункціональний аналог, що додатково містить не більше 5 мас. % нанорозмірної платини. Досліджено їх будову, редокс-характеристики та електрокаталітичну активність в реакції відновлення кисню. Встановлено, що вказані нанокомпозити здатні проявляти каталітичні властивості в процесі електрохімічного відновлення кисню, а введення навіть невеликої кількості нанорозмірної платини в біфункціональний композит призводить до значного збільшення його електрокаталітичної активності.

Створено ефективні нанокомпозиційні електрокаталізатори відновлення кисню на основі електропровідних полімерів (ЕПП) – поліаніліну, поліпіролу, що доповані гетерополікислотами Кеггіна (ГПК) – 12-фосформолібденовою або 12-фосфорвольфрамовою кислотами, та V2O5 – ЕППГПК/V2O5, а також їх біфункціональні аналоги, які додатково містять у своєму складі 1-7 мас. % нанорозмірної платини або паладію – ЕППГПК/V2O5/Pt(Pd). За рахунок спільної каталітичної дії різних компонент (ЕПП, ГПК, оксид перехідного металу, нанорозмірний благородний метал), вказані нанокомпозиційні електрокаталізатори здатні до стабільного функціонування у водних електролітах з різними рН, що обумовлює перспективи їх застосовування у воднево-кисневих паливних елементах.

Досліджені механізми провідності каркасних структур на основі натрієвого та водневого бета-глинозему.

Показано можливість одержання плівок La0.775Sr0.225MnO3 на підкладках різного типу (Al2O3, BaTi0.85Zr0.11Sn0.04O3, Ba0.996Y0.004TiO3, Ba0.996Y0.004TiO3 +0.04% Mn, Ba0.996Y0.004Ti0.65Sn0.35O3) , використовуючи метод трафаретного друку. Вивчено електрофізичні властивості отриманих плівок і проведено порівняльний аналіз властивостей об'ємних матеріалів і плівок, отриманих на підкладках різного типу. Показано вплив структурних властивостей підкладки на електрофізичні властивості отриманих плівок.

Представлені експериментальні результати з властивостей компактів із воднево-модифікованих порошків β′′- Al2O3 як основі для майбутніх газонепроникних електролітів. Провідності як необробленого Na -β″- Al2O3, так і отриманого золь-гель синтезом K -β- Al2O3 потрапляють в діапазон значень, типових для кераміки (0.0001-0.001 Ом-1•см-1). Використання чистих оксидів Al як прекурсорів дозволяє досягти високих значень провідності близько 0.1-0.2 Ом-1•см-1 (γ- Al2O3) або 0.8-1.0 Ом-1•см-1 (α- Al2O3). Найвищі набуті значення протонної провідності набагато перевершують водневу проникність Pd.

Встановлено хімічні перетворення, що відбуваються при золь-гель синтезі ксерогелів і плівок оксиду цирконію та охарактеризовано основні стадії кожного методу золь-гель синтезу. Обговорено вплив методів золь-гель синтезу на стабілізацію оксиду цирконію. Показано, що при термообробці ксерогелів отриманих усіма обраними нами методами золь-гель синтезу окрім методу спиртових розчинів відбувається стабілізація кубічної фази оксиду цирконію в дослідженому інтервалі температур до Т=1400 °С. Синтезовані плівкові матеріали стабілізованого оксиду цирконію характеризувалися високою йонною провідністю.

Отримано гібридний нанокомпозит на основі електропровідного поліаніліну (ПАн), допованого 12-фосфорвольфрамовою кислотою (ФВК), і V2O5 - ПАн ФВК/V2O5, а також біфункціональний нанокомпозит,який додатково містить не більше 5 мас. % нанорозмірної платини – ПАн ФВК/V2O5/Pt. Нанокомпозити охарактеризовано методами ІЧ-спектроскопії, рентгенівської дифракції та циклічної вольтамперометрії. Встановлено, що нанокомпозити характеризуються електрохімічної стабільністю і здатні виявляти високу електрокаталітичну активність у процесі відновлення кисню у водних електролітах.

Наведено дані щодо будові та механічної поведінки масивних зназків перспективного матеріалу LaCoO3, легованого Ca, для виготовлення катодного електроду керамічних паливних комірок. Показано, що введення Ca позитивно впливає на спікання кераміки LaCoO3. Для La0,8Ca0,2CoO3 тріщиностійкість складає 2,85 MПaм1/2.

Розроблено нову методику дослідження протонопровідних і каталітичних властивостей керамічних мембран-каталізаторів. Методика дозволяє оцінити перенесення зарядів крізь мембрани в умовах катодного відновлення водню за температур до 600оС та тисків до 20,0 МПа. Методику відпрацьовано на пористих керамічних трубках, виготовлених із суміші оксидів алюмінію та цирконію. Протонопровідним шаром слугував шар карбонізату, допований дигідрофосфатом цирконію. Карбонізат одержували шляхом дегідрохлорування полівінілхлориду в інертній атмосфері. Провідність мембран визначалася за температур 200–350оС та тиску 4,0 МПа. Отримані значення сили струму містили протонну та електронну складові. Показано, що з підвищенням температури частка електронної складової суттєво перевищує протонну. Зроблено припущення, що електронний компонент зумовлений перенесенням аніонів кисню крізь оксидну складову мембрани.

З огляду на важливість участі в міжнародному співро! бітництві у cтатті розкрито основний зміст нової 7!ї Рамкової програми Європейського Співтовариства з досліджень, технологічного розвитку та демонстрац! ійної діяльності на 2007–2013 роки (РП 7). Автори об! говорюють можливості і переваги, які надає участь у ній українських науковців.