Завідувач відділу

У відділі, який було створено в 2009 р., працює 20 спеціалістів, серед них 3 доктори та 6 кандидатів наук. До складу відділу входить лабораторія літій-іонних акумуляторів і спеціальних покриттів (зав. лаб. д. х. н., проф. Барсуков В.З.).

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 електродах суперконденсаторів і гібридних електрохімічних систем;
Розробка методів визначення рухливості електролітів в нанопористій структурі різних електродних матеріалів, а також методів розширення електрохімічного вікна в суперконденсаторних системах;
Збільшення енергетичних характеристик та терміну експлуатації літій-іонних акумуляторів (ЛІА), а також розробка методів відновлення відпрацьованих ЛІА з метою вилучення цінних компонентів (Li, Ni, Co, Mn, Cu, Al, високочистий графіт) та повернення їх в цикл виробництва ЛІА;
Розробка спеціальних покриттів для ОВТ, що забезпечують електромагнітну сумісність, а також зменшення помітності в радіочастотному діапазоні.

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.
Вперше доведена перспективність використання українських лускових графітів Заваллівського родовища як анодних матеріалів літій-іонних акумуляторів (ЛІА) і запропоновані хімічні технології очищення таких графітів.
Виконані дослідження по розробці композитних вуглець-полімерних покриттів для захисту електронної апаратури від електромагнітного випромінювання з метою забезпечення електромагнітної сумісності і зменшення помітності. Експериментально доведено і теоретично обґрунтовано існування синергетичного ефекту при екрануванні композитними матеріалами з різною морфологією.

Інноваційні розробки

У співдружності з компанією Юнаско-Київ розроблено комплексну систему універсальних накопичувачів електроенергії для різних застосувань, а саме:
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 у світових аналогів);
комбіновані пристрої (суперконденсатор, з’єднаний паралельно з акумулятором), що забезпечують високі струмові навантаження, тривалий час та безпеку експлуатації;
гібридні джерела (єдина система суперконденсатор-акумулятор, що заряджається за 2-3 хв) з підвищеною питомою енергією та потужністю.
Показані перспективи застосування суперконденсаторів з низьким внутрішнім опором в автомобільній промисловості для гібридних автомобілів та електрокарів, а також у вітроенергетиці.
Доведені можливості значного підвищення енергетичних характеристик анодів ЛІА шляхом дозованого і цілеспрямованого введення домішок кремнію, олова, алюмінію в очищений графіт при збереженні терміну експлуатації на рівні 1000 циклів..

Інноваційні проекти

Наукова програма “Horizon Europe. Energy”, проєкти “Стійкі технології для зниження залежності Європи від акумуляторної сировини” (STREEMS, №101137771), 2024-2026 та “Безпечне майбутнє електромобілів з літій-іонними акумуляторами завдяки оптимізованим шляхам розвитку” (SAFELOOP, №101147342), 2024-2027.
Цільова науково-технічна програма оборонних досліджень НАН України, проєкти ІСПЕ-2022 та ІСПЕ-2024.
Цільова комплексна програма НАН України «Фундаментальні проблеми створення нових речовин і матеріалів хімічного виробництва», проєкт «Модифікація нанопоруватої структури і поверхні вугільних електродів для використання в системах енергонакопичення», 2020-2021.
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 та електротранспорті», 2020-2022.
Відомча тематика (шифр: 28П) «Розробка електрохімічних та хімічних способів утилізації відпрацьованих літій-іонних акумуляторів та їх гібридів з суперконденсаторами».
Бюджетна програма КПКВК 6541230 «Підтримка пріоритетних для держави наукових досліджень і науково-технічних (експериментальних) розробок», проєкт «Розробка плівкових композиційних літій- та натрій-провідних електролітів і електродних матеріалів для твердотільних акумуляторів. Розділ 2. Розробка твердотільних енергонакопичуючих систем на основі літій- та натрій-провідних матеріалів, виготовлення і тестування зразків відповідних акумуляторів», 2025-2026.

Наукові зв’язки

Латвійський державний інститут хімії деревини (Рига) – розробка та дослідження нових нанопоруватих вугільних матеріалів з відновлюваної природної сировини для енергозбереження.
Інститут транспортних досліджень Університету Дейвіс (США) – тестування макетів суперконденсаторів і аналіз перспектив їх використання в гібридному і електротранспорті.
Американська Енерго-Технологічна компанія (AETC, США) – матеріали і методи для вдосконалення і утилізації літій-іонних акумуляторів.
Австрійський технологічний інститут (AIT, Австрія) – стійкі технології для зниження залежності Європи від акумуляторної сировини (в рамках проєкту STREEMS програми Horizon. Europe).
Університет міста OULA (Фінляндія) – підвищення безпеки акумуляторів, а також розробку першого в світі ЛІА для EV з використанням до 25% перероблених і повністю оновлених акумуляторних активних матеріалів (в рамках проєкту SAFELOOP програми Horizon. Europe).

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

Колектив відділу нанорозмірних вуглецевих матеріалів для акумулювання енергії

Список найважливіших публікацій

Stryzhakova N. G., Zelinskyi S. O., Kozachkov S. G., Maletin Y. A. High-temperature spiro-(1,1’)-bipyrrolidinium tetrafluoroborate-based organic electrolytes for supercapacitors. Theor. Experim. Chem., 2024, v. 60, No. 2, p.141-145 .
I. Lisovskyi, V. Barsukov, S. Solopan, A.Belous, V.Khomenko, N. Stryzhakova, Y. Maletin. Development of electrode and electrolyte materials for solid-state batteries based on Li_1.3Al_0.3Ti_1.7(PO₄)₃. Nano Ex., 2024, v. 5, 035021.
V. Barsukov, І. Senyk, B. Haliuk, Ya. Kuryptia, V. Khomenko,.. Iryna Makyeyeva, M. Suchea and E. Koudoumas. Composite Conductive Carbon-Polymer Paints as a Replacement for the “Faraday Cage”. Defect and Diffusion Forum, Trans Tech Publications Ltd, Switzerland, 2024, v. 432, pp 75-81.
I. Shcherbatiuk1, H. Potapenko, D. Panchenko, V. Khomenko, D. Patlun, B. Haliuk, R. Derkach, О. Potapenko and V. Barsukov. Characteristics of graphite obtained by recycling lithium – iron phosphate batteries. Journal of Electrochemical Science and Engineering, 2024, v.14(3), 383–393.
Y.A. Maletin, S.I. Chernukhin, N.G. Stryzhakova, S.G. Kozachkov. Combination of surface with bulk: hybrids of supercapacitors with li-ion batteries. Хімія, фізика та технологія поверхні, 2023, 14 (4), 555-560.
V. Vanpeene, I. Martens, A. Benayad, M. Mirolo, Y. Maletin, N. Stryzhakova, S. Zelinskyi, S. Chernukhin, J. Drnec, J. Villanova. Quantifying degradation mechanisms in Li₄Ti₅O₁₂/LiMn₂O₄ supercapacitors induced by long term cycling at high rates. J. Electrochem. Soc. 2023, v.170, No.6. 060517.
L.Yu.Matzui, L.L.Vovchenko, O.A.Syvolozhskyi, O.S.Yakovenko, M.O.Borovoy, O.O.Gomon, A.G.Dyachenko, O.V.Ischenko, A.V.Vakaliuk, A.V.Bodnaruk, V.M.Kalita. Structure and magnetic properties of MWCNTs decorated by NiFe, CoFe, NiCo nanoparticles. Molecular Crystals and Liquid Crystals. 2023, v.752, p. 77-94
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 Tehnologia Poverhni, 2022, v.13, N 1. Р.70-81.
H.Bubela, V.Konovalova, I.Kolesnyk, A.Burban. Modification of the surface of polyvinylidene fluoride membranes with polyethyleneimine. Him. Fiz. ta Technol. Poverkhni, 2022, v.13, p. 94-104 .
Ю.А. Малєтін, Н.Г. Стрижакова, С.О. Зелінський, С.І.Чернухін. Накопичувачі електричної енергії на основі електрохімічних конденсаторів подвійного шару (огляд). Теорет. та експерим. хімія, 2021, Т. 57 №5 с. 267-278.
Ю.А.Малєтін, Н.Г.Стрижакова, С.О.Зелінський, О.А.Лисенко, В.Є.Гоба, О.В.Гоженко, А.Ю.Малетін. Модифікація нанопоруватої структури і поверхні вугільних електродів для використання в системах енергонакопичення. Монографія “Нові функціональні речовини і матеріали хімічного виробництва” Київ, Академперіодика, 2021, c.119-129.
В.З. Барсуков, В.Г. Хоменко, І.С. Макєєва, Б.О. Галюк, Р.С. Деркач, А.Ю. Мішук та ін. Про можливості вилучення цінних матеріалів з відпрацьованих літій-іонних батарей з використанням електрохімічних методів. Сучасні аспекти електрохімії. Колективна монографія. – Київ: МПБП «Гордон», ISBN 978-617-8394-04-2.2024; c.22-23.
B. Halyuk, A. Mishuk, R. Derkach, V. Barsukov. Recycling of spent lithium-ion battery cathodes using electrolysis // ISE Satellite Student Regional Symposium on Electrochemistry. – Kyiv. – May 22, 2024.
Гоженко О.В., Гоба В.Є., Лисенко А.О., Зелінський С.О., Стрижакова Н.Г., Малєтін Ю.А. Патент на корисну модель UA 141210. Cпосіб розвинення поруватої структури вуглецевого матеріалу для електродів конденсатору подвійного електричного шару. Опубл. 25.03.2020, бюл.№6.
Гоженко О.В., Гоба В.Є., Лисенко А.О., Малетін А.Ю., Зелінський С.О., Стрижакова Н.Г., Малєтін Ю.А. Патент на корисну модель UA 145165. Спосіб модифікації поверхнi нанопоруватого вуглецю для електродів конденсатору подвійного електричного шару. Опубл. 25.11.2020. бюл.№22.
Maletin Y., Stryzhakova N., Zelinskyi S., Gromadskyi D., Tychyna S. US Patent 9524830. Method for selecting nanoporous carbon material for polarizable electrode, method for manufacturing such polarizable electrodes and method for manufacturing electrochemical double layer capacitor. Publ. date 20.12.2016.
Stryzhakova N., Zelinskyi S., Tretyakov D., Maletin Y. US Patent 10157713. Electrolyte for an electrochemical double layer capacitor, and an electrochemical double layer capacitor using the such. Publ. date 18.12.2018

Лабораторія літій-іонних акумуляторів і спеціальних покриттів

Завідувач лабораторії

У лабораторії, яку було створено наказом директора ІСПЕ НАН України №124 від 28.12.2023 р., працює 7 спеціалістів, серед них 1 доктор наук, 2 кандидата наук, 2 аспіранти.

Основні наукові напрямки

Збільшення енергетичних характеристик та терміну експлуатації літій-іонних акумуляторів (ЛІА).

Розробка методів відновлення відпрацьованих ЛІА з метою вилучення цінних компонентів (Li, Ni, Co, Mn, Cu, Al, високочистий графіт) та їх повернення в цикл виробництва ЛІА.

Розробка спеціальних покриттів для ОВТ, що забезпечують електромагнітну сумісність і зменшення помітності в радіочастотному діапазоні.

Найважливіші наукові досягнення

Вперше доведена перспективність використання українських лускових графітів Заваллівського родовища як анодних матеріалів літій-іонних акумуляторів (ЛІА) і запропоновані хімічні технології очищення таких графітів.

Запропоновані ефективні способи вилучення цінних компонентів (Li, Ni, Co, Mn, Cu, Al, високочистий графіт) з використанням електрохімічних методів, які дозволяють суттєво зменшити використання води і електроенергії по відношенню до існуючих гідрометалургійних та пірометалургійних методів.

Виконані дослідження по розробці композитних вуглець-полімерних покриттів для захисту електронної апаратури від електромагнітного випромінювання з метою забезпечення електромагнітної сумісності і зменшення помітності. Експериментально доведено і теоретично обґрунтовано існування синергетичного ефекту при екрануванні композитними матеріалами з різною морфологією.

Інноваційні розробки

Доведені можливості значного підвищення енергетичних характеристик анодів ЛІА шляхом дозованого і цілеспрямованого введення домішок кремнію, олова, алюмінію в очищений графіт при збереженні терміну експлуатації на рівні 1000 циклів.

Розроблені методи відновлення відпрацьованих ЛІА з метою вилучення цінних компонентів (Li, Ni, Co, Mn, Cu, Al, високочистий графіт) та їх повернення в цикл виробництва ЛІА.

Організовано дослідно-промислове виробництво покриттів для захисту електронного обладнання від електромагнітного випромінювання. Станом на 1 січня 2025 р. з розробленим покриттям виготовлено більш ніж 8000 тепловізорів і оптичних прицілів української торгової марки ARCHER, які використовуються для потреб Збройних сил України, Нацгвардії України та інших силових структур.

Інноваційні проекти

Наукова програма “Horizon Europe. Energy”, проєкт “Стійкі технології для зниження залежності Європи від акумуляторної сировини” (STREEMS, №101137771), 2024-2026.

Наукова програма “Horizon Europe. Energy”, проєкт “Безпечне майбутнє електромобілів з літій-іонними акумуляторами завдяки оптимізованим шляхам розвитку” (SAFELOOP, №101147342), 2024-2027.

Цільова науково-технічна програма оборонних досліджень НАН України, проєкти ІСПЕ-2024/1, ІСПЕ-2025/1.

Відомча тематика (шифр: 28П) «Розробка електрохімічних та хімічних способів утилізації відпрацьованих літій-іонних акумуляторів та їх гібридів з суперконденсаторами».

Наукові зв’язки

Американська Енерго-Технологічна компанія (AETC, США) – матеріали і методи для вдосконалення і утилізації літій-іонних акумуляторів.

Австрійський технологічний інститут (AIT, Австрія) – стійкі технології для зниження залежності Європи від акумуляторної сировини (в рамках проєкту STREEMS програми Horizon. Europe).

Університет міста OULA (Фінляндія) – підвищення безпеки акумуляторів, а також розробку першого в світі ЛІА для EV з використанням до 25% перероблених і повністю оновлених акумуляторних активних матеріалів (в рамках проєкту SAFELOOP програми Horizon. Europe).

Провідні співробітники відділу

Колектив лабораторії 5/1 літій-іонних акумуляторів і спеціальних покриттів

Зліва направо: аспірант, м.н.с. Борис ГАЛЮК, аспірант, м.н.с. Роман ДЕРКАЧ, інженер Артем МІШУК, провідний інженер Михайло БАНГА, ст.н.с., к.х.н. Ірина МАКЄЄВА, зав. лаб. В’ячеслав БАРСУКОВ, ст.н.с., к.т.н. Ярослав КУРИПТЯ

Список найважливіших публікацій

V. Barsukov, І. Senyk, B. Haliuk, Ya. Kuryptia, V. Khomenko,.. Iryna Makyeyeva, M. Suchea and E. Koudoumas. Composite Conductive Carbon-Polymer Paints as a Replacement for the “Faraday Cage”. Defect and Diffusion Forum, Trans Tech Publications Ltd, Switzerland, 2024, v. 432, pp 75-81.
В.З. Барсуков, В.Г. Хоменко, І.С. Макєєва, Б.О. Галюк, Р.С. Деркач, А.Ю. Мішук та ін. Про можливості вилучення цінних матеріалів з відпрацьованих літій-іонних батарей з використанням електрохімічних методів. Сучасні аспекти електрохімії. Колективна монографія. – Київ: МПБП «Гордон», ISBN 978-617-8394-04-2.2024; c.22-23.
I. Lisovskyi, V. Barsukov, S. Solopan, A.Belous, V.Khomenko, N. Stryzhakova, Y. Maletin. Development of electrode and electrolyte materials for solid-state batteries based on Li_1.3Al_0.3Ti_1.7(PO₄)₃. Nano Ex., 2024, v. 5, 035021.
I. Shcherbatiuk1, H. Potapenko, D. Panchenko, V. Khomenko, D. Patlun, B. Haliuk, R. Derkach, О. Potapenko and V. Barsukov. Characteristics of graphite obtained by recycling lithium – iron phosphate batteries. Journal of Electrochemical Science and Engineering, 2024, v.14(3), 383–393.
B. Halyuk, A. Mishuk, R. Derkach, V. Barsukov. Recycling of spent lithium-ion battery cathodes using electrolysis // ISE Satellite Student Regional Symposium on Electrochemistry. – Kyiv. – May 22, 2024.

	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.
	Сиволожський Олексій Анатолійович наук.сп., доктор філософії Посилання на профілі: Scopus; ORCID Область наукових інтересів Електрохімічні дослідження вуглецевих електродних матеріалів, розробка методів оптимізації співвідношення мас позитивного та негативного електродів, моделювання процесів заряду та розряду в суперконденсаторах.
	Бубела Галина Сергіївна наук.сп., доктор філософії Посилання на профілі: ORCID; Scopus Область наукових інтересів Електрохімічні дослідження вуглецевих та оксидних електродних матеріалів, розробка методів оптимізації співвідношення мас позитивного та негативного електродів, моделювання процесів заряду та розряду в гібридних системах.
	Козачков Сергій Генадійович мол.наук.сп. Посилання на профілі: ORCID; Scopus Область наукових інтересів Електрохімічні дослідження електродних матеріалів, розробка конструкції та методів виготовлення прототипів та дослідних зразків суперконденсаторів та їх гібридів з акумуляторами.