Главная > Лаборатории > Лаборатория материалов и технологий энергетики
Лаборатория материалов и технологий энергетики
История
Лаборатория материалов и технологий энергетики была создана в декабре 2023 года в РГП на ПХВ “Институт проблем горения” под руководством ассоциированного профессора, заведующего лабораторией, PhD in Nanomaterials and Nanotechnology Бейсенова Рената Елемесовича за счёт грантов AP19676821 «Разработка метода получения пористого катодного материала тонкоплёночных твердооксидных топливных элементов на основе соединений лантана» и АР15473245 «Изготовление анодного материала ЛИА на основе композита из нанокремния и графеноподобного углерода».
Описание лаборатории
Сфера исследований:
Научно-исследовательская деятельность лаборатории направлена на разработку батарей, суперконденсаторов, топливных элементов, энергосберегающих покрытий, сверхпроводников, термопреобразователей, а также методов получения и хранения водорода.
Основные задачи:
Основное направление научных исследований лаборатории – снижение рабочей температуры топливных элементов за счёт улучшения электродов, так как они ответственны за большую часть потерь напряжения. Разработка и совершенствование топливных элементов как инновационного и передового средства выработки электроэнергии. Топливные элементы используют электрохимические элементы, которые преобразуют химическую энергию топлива в электрическую. Топливные элементы характеризуются высокой эффективностью и меньшими загрязнениями по сравнению с традиционными методами выработки электроэнергии, что делает их перспективными для различных приложений.
Результаты:
На начальном этапе оснащение экспериментальной и исследовательской инфраструктуры лаборатории будет реализовано за счёт действующих грантовых проектов, таких как AP19676821 «Разработка метода получения пористого катодного материала тонкоплёночных твердооксидных топливных элементов на основе соединений лантана», а также АР15473245 «Изготовление анодного материала ЛИА на основе композита из нанокремния и графеноподобного углерода». В рамках исследования был проведён процесс осаждения пористого слоя катода для твердооксидного топливного элемента (ТОТЭ) с тщательным контролем температуры и давления в камере. Методом магнетронного распыления на подложку были нанесены тонкоплёночные пористые катоды. Для подтверждения фазового состава катодных материалов LSM (La0.8Sr0.2MnO3), LSCO (La0.6Sr0.4CoO3) и LSCF (La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3) в покрытиях были получены рентгенограммы порошков, синтезированных прокаливанием раствора инфильтрата при температуре 1300°C.
Научные достижения и публикации
1. Ә.Н. Дүйсенбек, Е.Е. Бейсенова, Қ. Асқарұлы, Р.Е. Бейсенов, А.Д. Кұдайбергенов, С. Тұрсынтай, Н.Г. Приходько. Изготовление электродов на основе пористого графеноподобного углерода из биомассы для суперконденсаторов с высокой производительностью. ГОРЕНИЕ И ПЛАЗМОХИМИЯ 22 (2024) 91-98. https://doi.org/10.18321/cpc22(2)91-98
2. Asel Duisenbek, Yerkezhan Beisenova, Renat Beissenov, Kydyr Askaruly, Mukhtar Yeleuov, Alisher Abdisattar. Onion husk-derived high surface area graphene-like carbon for supercapacitor electrode material application. HELIYON (2024). https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2024.e32915
3. Yerkezhan Beisenova, Renat Beissenov, Asel Duisenbek, Kydyr Askaruly, Mukhtar Yeleuov, Alisher Abdisattar. Activated biomass-derived 3-dimensional porous graphene-like carbon for high-performance energy storage electrode materials. Diamond & Related Materials 149 (2024) 111588. https://doi.org/10.1016/j.diamond.2024.111588
4. Ə.Н. Дүйсенбек, Е.Е. Бейсенова, К. Аскарулы, Р.Е. Бейсенов, А.Д. Кудайбергенов, А.Б. Толынбеков, С. Тұрсынтай, А.Е. Манханова. Изготовление электродных материалов накопителей энергии на основе графеноподобного углерода, полученного из луковой шелухи. ГОРЕНИЕ И ПЛАЗМОХИМИЯ 21 (2023) 139-146. https://doi.org/10.18321/cpc21(3)139-146
5. Kudaibergen, A., Kuspanov, Z., Issadykov, A., Beisenov, R., Mansurov, Z., Yeleuov, M., & Daulbayev, C. Synthesis, Structure, and Energetic Characteristics of Perovskite Photocatalyst SrTiO3: an Experimental and DFT Study. Eurasian Chemico-Technological Journal, 25(3), 139–146 (2023). https://doi.org/10.18321/ectj1516
6. Б.П. Базарбаев, Р.Е. Бейсенов, М.А. Елеуов, А.Д. Кұдайберген, Ә.Н. Дүйсенбек, С. Тұрсынтай, Е.Е. Бейсенова. Высокочастотное магнетронное осаждение тонких пористых плёнок на основе LSCF, полученных из мишеней наноразмерных оксидов для катодов твердооксидных топливных элементов. ГОРЕНИЕ И ПЛАЗМОХИМИЯ 22 (2024) 197-203. https://doi.org/10.18321/cpc22(3)197-203
Патенты
Патентная заявка на полезную модель. Способ изготовления электрода твердооксидного топливного элемента. Дата поступления: 26.11.2024. Регистрационный №2024/1537.2
Основные проекты и исследования
AP19676821 «Разработка метода получения пористого катодного материала тонкоплёночных твердооксидных топливных элементов на основе соединений лантана»
Сроки реализации: 2023–2025
Цели: Разработка метода получения пористого катодного материала на основе соединений лантана для низкотемпературных тонкоплёночных твердооксидных топливных элементов.
Результаты:
- Проведены исследования свойств материалов: Изучены пористые LSCF-плёнки с нанокристаллической структурой, полученные методом радиочастотного магнетронного напыления. Подтверждена высокая электропроводность вдоль плоскости, что делает эти материалы перспективными для использования в катодах ТОТЭ.
- Сравнительный анализ методов: Проведён анализ других методов нанесения катодных материалов (например, электрохимического осаждения, химического осаждения из газовой фазы), что позволило выявить преимущества магнетронного напыления для получения тонкоплёночных структур.
- Анализ структурных и электрохимических характеристик: Выполнены рентгенографические исследования для определения фазового состава и кристаллической структуры полученных плёнок. Оценены параметры пористости, их влияние на кинетику электродных процессов и общую эффективность ТОТЭ.
- Оптимизация технологического процесса: Разработаны и протестированы параметры магнетронного напыления для получения стабильных и эффективных катодных материалов с требуемыми характеристиками.
АР15473245 «Изготовление анодного материала ЛИА на основе композита из нанокремния и графеноподобного углерода»
Сроки реализации: 2022–2024
Цели: Изготовление анодного материала для литий-ионных аккумуляторов на основе композита из нанокремния и графеноподобного углерода.
Результаты: В результате проведённых исследований было установлено, что графеноподобный углерод, полученный из луковой шелухи с использованием КОН в качестве активирующего реагента, представляет собой перспективный материал для применения в электрохимических накопителях энергии. Результаты циклической вольтамперометрии (ЦВА) показывают хорошие электродные характеристики материала для литий-ионной батареи. Первый цикл связан с формированием SEI и стабилизацией структуры, в то время как второй и третий циклы указывают на устойчивое и обратимое поведение анодного материала. Полученные зарядно-разрядные кривые показывают, что литий-ионная батарея демонстрирует хорошие характеристики после первых трёх циклов. Первый цикл включает необратимые процессы, такие как формирование SEI, а последующие циклы свидетельствуют о стабилизации и улучшении обратимых процессов в аноде. Спектр импеданса для данной литий-ионной батареи показывает доминирование диффузионных процессов, что свидетельствует о наличии значительных ограничений на диффузию ионов лития в активные материалы анода или катода. Это может указывать на необходимость оптимизации структуры электродных материалов для улучшения транспортных свойств и снижения общего сопротивления батареи. Многоциклическая производительность полуэлемента на основе nano-Si/графеноподобного углерода показывает, что кулоновская эффективность остаётся стабильной на уровне около 99-100 % в течение всего эксперимента (около 150 циклов). Это указывает на то, что в процессе зарядки и разрядки практически не происходит потерь заряда, и материал демонстрирует хорошую обратимость реакции на протяжении циклических испытаний.
Перспективные разработки и инновации
Информация о перспективных разработках и инновациях будет добавлена по мере поступления данных.
Команда
Бейсенов Ренат Елемесович – PhD in Nanomaterials and Nanotechnology, ассоциированный профессор, заведующий лабораторией материалов и технологий энергетики.
Научные интересы: Наноматериалы и наноинженерия; физика твёрдого тела, тонкоплёночные материалы; возобновляемые и энергоэффективные технологии.
Достижения: В 2010-2013 гг. прошёл научную стажировку в лаборатории Центра перспективных материалов Университета Хьюстона, США. В результате освоены технологии синтеза тонких плёнок и наноструктур методами химического парофазного осаждения, импульсного лазерного осаждения, магнетронного и ВЧ напыления, электронно-лучевого испарения и т. д. Была разработана и собрана установка фотовспомогательного MOCVD для синтеза плёнок SiC, AlN, GaN. h-индекс: 4.
Контакты: renat7787@mail.ru, тел.: +7 (777) 726-29-99
Scopus Profile, ORCID, Researcher ID: AAW-6060-2020
Елеуов Мухтар Ауезович – магистр, «Техническая физика», старший научный сотрудник РГП на ПХВ “Институт проблем горения”.
Научные интересы: Наноматериалы, энергохранение, физика твёрдого тела.
Достижения: h-индекс: 12.
Контакты: mukhtar.yu@gmail.com, тел.: +7 (771) 367-47-37
Құдайберген Азамат Доскелдіұлы – PhD студент, Прикладная и инженерная физика, младший научный сотрудник РГП на ПХВ “Институт проблем горения”.
Научные интересы: Наноматериалы, фотокатализаторы, энергохранение.
Достижения: h-индекс: 1.
Контакты: kudaibergen.azamatd28@gmail.com, тел.: +7 (777) 123-83-93
Scopus Profile, ORCID, Researcher ID: AAD-5970-2021
Дүйсенбек Әсел Нұрғалиқызы – PhD студент, Прикладная и инженерная физика, младший научный сотрудник РГП на ПХВ “Институт проблем горения”.
Научные интересы: Графеноподобные материалы, суперконденсаторы.
Контакты: aselka_star@mail.ru, тел.: +7 (702) 496-65-68
Тұрсынтай Серуа – PhD студент, Наноматериалы и нанотехнологии (по отраслям), младший научный сотрудник РГП на ПХВ “Институт проблем горения”.
Научные интересы: Электродные материалы, энергохранение.
Контакты: seruatursntai@gmail.com, тел.: +7 (705) 167-61-79
ORCID, Researcher ID: AGX-8335-2022
Базарбаев Болат Пірмандықұлы – PhD студент, Материаловедение и технология новых материалов.
Научные интересы: Тонкоплёночные материалы, топливные элементы.
Контакты: bp.bazarbayev@gmail.com, тел.: +7 (708) 909-98-79
Научное оборудование и технологии
Высокотемпературная горизонтальная трубчатая печь
Модель: ВS-HTF-1700°C
Характеристики: Максимальная температура: 1700°C, Диаметр керамической трубки: 60 мм, Рабочая зона нагрева: 250 мм, Общая длина трубки: 800 мм.
Применение: Синтез и термическая обработка материалов.
Шкаф вытяжной
Модель: BASIC
Характеристики: Длина: 1500 мм, Глубина: 750 мм, Высота: 2300 мм, Рабочий бокс глубина рабочего пространства: 700 мм.
Применение: Обеспечение безопасности и защиты исследователей при работе с токсичными, едкими веществами, удаление паров и газов.
Ультразвуковая ванна
Модель: Stegler 6DT
Характеристики: Объём: 6 л, температурный режим: 20-80°C, мощность: 180 Вт, Рабочий размер ванны: 300х150х150 мм.
Применение: Обработка образцов, очистка лабораторной посуды.
Мешалка магнитная
Модель: Stegler HS-Pro
Характеристики: С подогревом до +380°C, максимальный объём до 20 литров.
Применение: Перемешивание и подогрев растворов.
Весы лабораторные
Модель: Масса-К ВК-600
Характеристики: Питание: 220В, 600 г, 0,01 г, внешняя калибровка.
Применение: Взвешивание образцов.
Аквадистиллятор медицинский
Модель: АЭ-5
Характеристики: Питание: 220В, Производительность: 5 л/ч.
Применение: Получение дистиллированной воды.
Шкаф сушильный
Модель: ШСвЛ-80 «Касимов»
Характеристики: Питание: 220/50 В, Внешние габариты (ШхГхВ): 816х530х595 (±30) мм, Масса: 33±3,3 кг.
Применение: Сушка лабораторной посуды и образцов.
Партнёрские связи и совместные проекты
Лаборатория сотрудничает с Foshan Graduate School of Northeastern University, Фошань, Китай, в области получения пористого катодного материала тонкоплёночных твердооксидных топливных элементов и изготовления фотокатализаторов УФ-видимого света для получения водорода путём расщепления воды.
Награды и признание
Информация о наградах сотрудников лаборатории будет добавлена по мере поступления данных.
Иная информация
Лаборатория оснащена современным оборудованием для проведения исследований в области материалов и технологий энергетики и готова к сотрудничеству с научными и промышленными партнёрами для решения актуальных задач в области энергоэффективных технологий.