ИФХЭ РАН может обеспечить прорыв
в области высоких технологий

 

Аслан Юсупович Цивадзе,
академик, директор Института

 

Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина Российской академии наук обладает единственным в России уникальным научно-производственным комплексом, обеспечивающим проведение работ по водородной энергетике, начиная от разработки новых методов получения водорода (в частности путем каталитического окисления спиртов, борогидридов и других веществ, одновременного получения водорода и высокооктанового бензинового конденсата из углеводородов и т.п.); развития эффективных и безопасных способов транспортировки и хранения водородного топлива в нанопористых углеродсодержащих материалах, получаемых термохимическим способом; разработки новых катодных и анодных каталитических систем, начиная от синтеза органических прекурсоров, изготовления наноразмерных электрокатализаторов, их электрохимического, коррозионного и структурного исследования до изготовления мембранно-электродных блоков для различных типов топливных элементов (водородо-воздушных и этанол-воздушных).
Возможности института в разностороннем изучении проблем водородной энергетики основываются на глубоких традициях фундаментальных исследований, сложившихся за более чем 70-летнюю историю института.

К настоящему времени разработаны оригинальные методы синтеза электрокатализаторов на основе органических прекурсоров. Этими методами получены би- и триметаллические наноразмерные катализаторы со сниженным содержанием платины или без нее. До настоящего времени исключительное применение платины, стоимость которой достигает 30% от стоимости топливного элемента, является одной из причин, сдерживающих коммерциализацию низкотемпературных ТЭ с протонпроводящим полимерным электролитом. Разработанные новые триметаллические катализаторы (платина/кобальт/хром) имеют в 2–2,5 раза более высокую удельную активность, чем платиновые. Это позволяет снизить расход платины в 2 раза по сравнению с коммерческими платиновыми катализаторами. Наряду с этим разработаны катализаторы без платины: би- и триметаллические катализаторы на основе палладия, рутения и кобальта, в настоящее время по удельной активности сопоставимые с платиновыми катализаторами. По своим характеристикам разработанные катализаторы с платиной или без нее соответствуют или превосходят выпускаемые коммерческие катализаторы зарубежных фирм (Johnson Matthey и E-TEK).

Проводятся исследования по созданию новых, перспективных материалов для создания топливных элементов на основе суперпротонных кристаллов, или суперпротоников – особого класса водородсодержащих солей MemHn(SO4)(m+n)/2 или MeH2(P,As,O4)(m+n)/2, где Me = K, Rb, Cs, NH4, в которых реализуются состояния с динамически разупорядоченной сеткой водородных связей. Обладая высокой и чисто протонной проводимостью (10-3ч10-1 Ом-1 Есм-1), эти материалы исключительно привлекательны как протонпроводящие мембраны для топливных элементов с рабочими температурами ~ 200–4000С.

Имеющееся оборудование и высокая квалификация сотрудников института позволяет проводить комплексное исследование каталитических систем и наработку катализаторов в количествах, необходимых для изготовления и испытания мембранно-электродных блоков площадью до 25 см2.
Разработаны также методы получения водорода на основе различных классов соединений: нанопористых углеродных материалов, одностенных углеродных нанотрубок, инкапсулированных палладием, и борогидридов. Для создания водородных картриджей на основе борогидридов исследования проводятся в двух направлениях: получение водорода из бороводородов, связанных селективными сорбентами и получение водорода из растворов боргидридов щелочных металлов на катализаторах. Для картриджей на основе бороводородов созданы селективные сорбенты в виде поливинилхлоридных материалов, развитые поверхности которых преобразованы в неразъемные нанопленки этиламиноподандов.
Институт является головным в Российской академии наук по изучению проблем коррозии металлов и разработке методов их защиты от атмосферного воздействия и влияния агрессивных сред, включая радиационное воздействие. В частности, по заданию ОАО «Газпром» успешно ведутся работы для решения проблем, связанных с коррозионным растрескиванием труб.

Значительные успехи достигнуты в области изучения наноразмерных структур и создания наноматериалов для сорбционной и экстракционной технологии, радиологической безопасности и ядерной энергетики, молекулярной электроники (электрохромные материалы, полимерные светодиоды, фоторефрактивные и электролюминесцентные материалы), электрохимической энергетики (литиевые источники тока, сенсоры) и др.

Все перечисленные результаты получены на уровне мировых достижений или опережают мировой уровень. Они могут служить основой для обеспечения прорыва России в области высоких технологий.
Более подробная информация по перечисленным работам института изложена в сборниках института «Современные проблемы физической химии», вышедших в издательстве «Граница» в 2005 г. – 1-й том и в 2008 г. – 2-й том, а также в обзорных статьях А.Ю. Цивадзе в журнале Успехи химии, 2004,Т.73, №1. С.3–25 и А.Ю. Цивадзе, М.Р. Тарасевича, В.Н. Андреева и др. «Альтернативная энергетика и экология»., 2007, №4. С. 57–63 в журнале Российского чимического общества, 2006, Т.1, №6. С. 109–114.