Образование

Научный руководитель:  к.х.н. Олег Александрович Семенихин 

o.semenikhin@gmail.com

Хорошо известно, что электролит или, в более общем виде, ион-проводящий материал — необходимая часть любой электрохимической системы. Именно на границе раздела электронный/ионный проводник происходит превращение электрической энергии в химическую, и наоборот. В том числе, электролит необходим и для таких важных электрохимических систем, как аккумуляторы и прочие электрохимические накопители энергии. Самый простой ионный проводник — это вода или другой полярный растворитель, в который добавлена соль. Соль диссоциирует на ионы, ионы двигаются в жидком ионном проводнике под влиянием электрического поля и переносят электрический ток. Но системы с жидким электролитом, как правило, весьма неудобны для практических электрохимических устройств. При любом повреждении электролит вытекает. Кроме того, многие электролиты — органические горючие жидкости, которые могут воспламениться. Поэтому жидкие электролиты в таких системах стремятся заменить на твердые или гелеобразные. Но возникает проблема, что проводимость таких систем значительно ниже, чем у жидких электролитах, потому что ионам сложнее двигаться в твердом теле по сравнению с жидкостью. Низкая проводимость электролита приводит к большим потерям.

Повысить проводимость твердых электролитов можно за счет оптимизации их структуры и механизма проводимости. В неорганических ионных кристаллах основной механизм ионной проводимости — это перескок ионов между различными вакантными местами в кристаллической решетке. Этот процесс требует активации и при комнатных температурах проводимость таких систем недостаточна. В полимерных электролитах, которыми мы занимаемся, проводимость выше, потому что появляются другие механизмы переноса ионов. Одним из таких механизмов является движение полимерных цепей. Если на полимерных цепях имеются полярные группы, они могут координироваться с ионами электролита. Далее, поскольку полимерные цепи могут быть гибкими (и именно такие полимеры мы рассматриваем), конфигурация полимерных цепей все время меняется, и за счет этого ионы могут быть перенесены с одного места на другое. Подвижные полимерные цепи при этом работают как своеобразные роботы-манипуляторы. Очевидно, что подвижность и гибкость полимерных цепей будут зависеть от структуры полимера, степени его кристалличности, наличия пластификатора, и прочих факторов. С одной стороны это делает наши системы сложнее для изучения, а с другой — открывает новые возможности оптимизации их структуры и повышения проводимости.

В рамках указанной общей проблемы сейчас в нашей группе решаются следующие типы задач:

1. Разработка и оптимизация полимерных электролитов на основе полиакрилонитрила с высокой проводимостью по ионам натрия;
2. Фундаментальные исследования кинетики электрохимических процессов на границе раздела электронный проводник/полимерный ионный проводник;
3. Использование ионпроводящих полимерных связующих для оптимизация структуры электродов для метал-ионных аккумуляторов, имеющих наноразмерную архитектуру.

Возможные темы курсовых работ

1. Неорганическая химия. Повышение проводимости полимерного электролита введением наноразмерных неорганических наполнителей на основе диоксида титана.

2. Аналитическая химия. Разработка метода определения концентрации ионов натрия в полимерных ионных проводниках на основе полиакрилонитрила; определение характера их связывания в полимерной матрице.

3. Физическая химия. По физической химии возможны самые разнообразные курсовые работы в общих рамках изложенных выше направлений. Конкретные тематики будут определены в зависимости от интересов студента и научных потребностей группы в данный момент времени.

4. Дипломные работы. Углубленные комплексные исследования в рамках перечисленных выше научных проблем. Могут «вырастать» и вырастают из выполненных ранее курсовых работ. Конкретные тематики будут определены в зависимости от интересов студента и научных потребностей группы в данный момент времени.