Відділ нанорозмірних вуглецевих матеріалів для акумулювання енергії

Завідувач відділу

Maletin

Малєтін Юрій Андрійович
доктор хімічних наук.
член-кореспондент НАН України
тел. +380 (44) 594 13 65
факс +380 (44) 594 01 38
e-mail: ymaletin@gmail.com
Посилання на профіль в сколарі: Google.Scholar.Profile
Посилання на профіль в скопус: Scopus.Profile
Область наукових інтересів
Розробка методів синтезу і модифікації вуглецевих електродних матеріалів для систем енергозбереження, розробка методик їх дослідження та технологічних регламентів їх використання в суперконденсаторах.

Відділ було створено в 2009 р.

Основні наукові напрямки

  • Створення наукових основ розробки вуглецевих і оксидних матеріалів з контрольованою хімією поверхні і розвиненою системою нанопор, дослідження їх фізико-хімічних та електрохімічних властивостей;
  • Синтез та дослідження наноструктурних вуглецевих матеріалів, в т.ч. допованих різними гетероатомами, для їх застосування в якості електродів в суперконденсаторах і гібридних електрохімічних системах;
  • Розробка методів визначення рухливості електролітів в нанопористій структурі різних електродних матеріалів, а також методів розширення електрохімічного вікна в суперконденсаторних системах.

Найважливіші наукові досягнення

  • Розроблено методи синтезу вуглецевих матеріалів з високою питомою поверхнею і заданими розмірами пор (близько 1-3 нм), які найбільше відповідають розмірам часток в органічних електролітах, що застосовуються в суперконденсаторах.
  • Розроблено методи модифікації поверхні нанопоруватих вуглецевих матеріалів гетероатомами азоту i фосфору. Показана можливість суттєвого збільшення питомої потужності суперконденсаторів на основі модифікованих електродних матеріалів.
  • Розроблено методики в рамках методів імпульсного ЯМР на ядрах 1Н і 19F, а також обертового дискового електрода для визначення рухливості електроліта в нанопорах вуглецевих матеріалів. Показана кореляція рухливості іонів електроліта в матеріалах позитивного та негативного електрода суперконденсатора з його опором, що дозволяє оптимізувати електрохімічну систему суперконденсатора та збільшити його питому потужність і к.к.д.
  • Розроблено гібридні електрохімічні системи, що включають компоненти суперконденсаторів і літій-іонних акумуляторів і дозволяють істотно збільшити енергоємність при швидкісному заряді та розряді пристрою

Інноваційні розробки

  • У співдружності з компанією Юнаско-Україна розроблено комплексну систему універсальних накопичувачів електроенергії (УНЕЕ) для різних застосувань:
    1. суперконденсатори – одиничні елементи та модулі від 200 до 3000 Ф та робочою напругою від 3 до 90 В (випробування в незалежних лабораторіях США та Європи продемонстрували вищі показники,ніж світові аналоги);
    2. комбіновані пристрої (суперконденсатор, з’єднаний паралельно з акумулятором), що забезпечують високі струмові навантаження, тривалий час та безпеку експлуатації;
    3. гібридні джерела (єдина система суперконденсатор-акумулятор, що заряджається за 2-3 хв) з підвищеною питомою енергією та потужністю.
  • У рамках договору про науково-технічне співробітництво з Інститутом електрозварювання ім. Є.О. Патона і спільно з компанією Юнаско-Україна виготовлені суперконденсаторні модулі напругою від 7,5 до 45 В і проведені їх успішні випробування в портативних апаратах точкового зварювання і приварювання шпильок;
  • Показані перспективи застосування суперконденсаторів з низьким внутрішнім опором в автомобільній промисловості для гібридних автомобілів та електрокарів, а також у вітроенергетиці.

Інноваційні проекти

  • Цільова комплексна міждисциплінарна програма наукових досліджень НАН України з проблем сталого розвитку та раціонального природокористування в умовах глобальних змін навколишнього середовища. Проєкт «Розробка накопичувачів електричної енергії для підвищення ефективності альтернативних джерел живлення, а також для використання в гібридному транспорті та електротранспорті» (2020-2024рр.)
  • Проект “Доповане азотом нанопорувате вугілля для використання в системах енергонакопичення” Цільової програми наукових досліджень НАН України «Нові функціональні речовини і матеріали хімічного виробництва» (2017-2021 рр.)
  • Цільова комплексна міждисциплінарна програма наукових досліджень НАН України з розроблення наукових засад раціонального використання природно-ресурсного потенціалу та сталого розвитку. Проект «Гібридні наноструктурні матеріали для енергозберігаючих пристроїв на основі суперконденсаторів» (2015-2019рр.)
  • Проект “Суперконденсатори на основі новітніх графеновмісних електродних матеріалів” Конкурсу проектів науково-дослідних робіт (НДР) молодих учених НАН (2015-2016 рр.)
  • Проект НАН України – УНТЦ № 5500 «Розробка та конструювання накопичувачів енергії на основі нанорозмірних матеріалів для космічних застосувань» (2012-2013 рр.)
  • Державна цільова науково-технічна програма «Нанотехнології та наноматеріали». Проект «Синтез і дослідження нанопоруватих вуглецевих матеріалів для енергонакопичуючих систем» (2010-2014рр.).
  • CRDF (U.S. Civilian Research & Development Foundation), Project no. UKE2-9014-KV-09 “Nanoporous modified carbon materials and electrochemical systems for energy recuperation”. (2009-2010рр.)

Наукові зв’язки

  1. Латвійский державний інститут хімії деревини (Рига) – випробування вугільних матеріалів, одержаних з дерева та іншої сировини рослинного походження
  2. Технологічний університет Познані (Польща), кафедра прикладної електрохімії – розробка методик тестування суперконденсаторів і гібридних джерел струму.
  3. Iнститут транспортних досліджень Університету Дейвіс (США) – тестування макетів суперконденсаторів і аналіз перспектив їх використання в гібридному і електротранспорті.

Захист дисертацій співробітниками відділу

2015 – Тичина С.О.
Структурно-хімічна відповідність вуглецевих електродних матеріалів та електролітів для конденсаторів подвійного електричного шару – 02.00.04-фізична хімія – Інститут хімії поверхні НАН України, Д 26.210.01 – Малєтін Ю.А.

2013 – Пенделюк О.І.
Змішані гідратовані оксиди мангану і титану як сорбенти для вилучення стронцію та каталізатори газофазного окиснення органічних сполук – 02.00.04 – фізична хімія – Інститут хімії поверхні НАН України, Д 26.210.01 – Кірілов С.О.

Провідні співробітники відділу

Стрижакова Наталія Григорівна
пров.н.с., к.х.н.
Посилання на профіль в сколарі: Google.Scholar.Profile
Посилання на профіль в скопус: Scopus.Profile
Область наукових інтересів
Розробка методів синтезу і модифікації вуглецевих електродних матеріалів для систем енергозбереження, розробка методик їх дослідження та технологічних регламентів їх використання в суперконденсаторах.

Зелінський Сергій Олександрович
ст.н.с., к.ф.-м.н.
Посилання на профіль в сколарі: Google.Scholar.Profile
Посилання на профіль в скопус: Scopus.Profile
Область наукових інтересів
Електрохімічні дослідження вуглецевих електродних матеріалів, розробка методів оптимізації співвідношення мас позитивного та негативного електродів, моделювання процесів заряду та розряду в суперконденсаторах.

Сич Наталя Володимирівна
ст.н.с., к.х.н.
Посилання на профіль в сколарі: Google.Scholar.Profile
Посилання на профіль в скопус: Scopus.Profile
Область наукових інтересів
Синтез високопоруватого активованого вугілля за допомогою фізичної та хімічної активації викопного вугілля, сільськогосподарських відходів (качани кукурудзи, кофейний осад, кокосова шкаралупа і т.п.)
Отримання катіонообмінників на основі активованого вугілля
Дослідження поруватої структури розроблених адсорбентів
Дослідження сорбційних характеристик розроблених адсорбентів.

Список найважливіших публікацій

  • Ю.А. Малєтін. Високопотужні джерела струму на базі суперконденсаторів // Вісник НАН України, 2022, №3, с. 86-90.
  • S.O. Zelinskyi, N.G. Stryzhakova, O.V. Gozhenko, Y.A. Maletin How the electrochemical impedance spectroscopy can deepen the understanding of supercapacitor performance // Himia, Fizika ta Tecnologia Poverhni, 2022 Vol.13 No 1, pp.70-8 DOI: 10.15407/hftp13.01.070
  • Ю.А. Малєтін, Н.Г. Стрижакова, С.О. Зелінський, С.І.Чернухін. Накопичувачі електричної енергії на основі електрохімічних конденсаторів подвійного шару (огляд) // Теорет. та Eксперим. Хімія, 2021, Т. 57, №5, с. 267-278 DOI: 10.1007/s11237-021-09700-7
  • Ю.А. Малєтін, Н.Г.Стрижакова, С.О.Зелінський, О.А. Лисенко, В.Є. Гоба, О.В.Гоженко, А. Ю. Малєтін. Модифікація нанопоруватої структури і поверхні вугільних електродів для використання в системах енергонакопичення // Монографія “Нові функціональні речовини і матеріали хімічного виробництва”, 2021,  с.119-129  DOI: 10.15407/akademperiodyka.444.119
  • S. O. Zelinskyi, N. G. Stryzhakova, Yu. A. Maletin Graphene vs Activated Carbon in Supercapacitors // Nanosistemi, Nanomateriali, Nanotehnologii 2020, V. 18, No 1, p. 1–14
  • Гоженко О.В., Гоба В.Є., Лисенко А.О., Малетін А.Ю., Зелінський С.О., Стрижакова Н.Г., Малєтін Ю.А. Спосіб модифікації поверхні нанопоруватого вуглецю для електродів конденсатору подвійного електричного шару. Патент на корисну модель № 145165, опубл. 25.11.2020. Бюл. №22
  • Гоженко О.В., Гоба В.Є., Лисенко А.О., Зелінський С.О., Стрижакова Н.Г., Малєтін Ю.А. Спосіб розвинення поруватої структури вуглецевого матеріалу для електродів конденсатора подвійного електричного шару. Патент на корисну модель № 141210, опубл. 25.03.2020. Бюл. №6.
  • Гоженко О.В., Лисенко А.О., Гоба В.Є., Стрижакова Н.Г., Малєтін Ю.А. Спосіб одержання нанопоруватого вуглецю для електродів конденсатору подвійного електричного шару. Патент України на корисну модель № 133274, опубл. 25.03.2019. Бюл. №6
  • Maletin, Stryzhakova, Zelinskyi, Chernukhin, Tretyakov, Tychina. New Approaches to Increase Ultracapacitor Energy, Power and Efficiency. //EESAT Proc., 2018, p.16-20.
  • Maletin, Stryzhakova, Zelinskyi, Chernukhin, Tretyakov, Tychina. Electrochemical double layer capacitors: challenges and solutions.// Int.J.Sci.Engineering Investigations, 2018, v.7, p.146-152.
  • Малетин, Стрижакова, Зелинский, Тычина, Дробний, Чернухин, Третьяков. Конденсаторы двойного электрического слоя. // Укр.хим.журнал. 2017, т.83, №11, с.38-49 (оглядова стаття)
  • Maletin, Stryzhakova, Zelinskyi, Chernukhin, Tretyakov, Mosqueda, Davydenko, Drobnyi. New approach to ultracapacitor technology: what it can offer to electrified vehicles.// J. Energy Power Engineering, 2015, v.9, No.6, p.585-591. DOI:10.17265/1934-8975/2015.06.010
  • Maletin, Stryzhakova, Zelinskyi, Chernukhin, Tretyakov, Tychyna, Drobny. Electrochemical double layer capacitors and hybrid devices for green energy applications.// Green, 2014, v.4, No 1-6, p.9-14. DOI: 10.1515/green-2014-0002