МЕГАГРАНТЫ

Лаборатория электрохимических устройств на твердооксидных протонных проводниках

О лаборатории

Наименование проекта Разработка твердооксидных электрохимических ячеек с несущим и тонкослойным протонным электролитом для электрохимических устройств

Ссылка на сайт лаборатории

№ договора:
14.Z50.31.0001

Наименование ВУЗа:

ФГБУН Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения Российской Академии Наук

Области научных исследований:
Энергетика и рациональное природопользование

Цель проекта:

Разработка основ и технологий для коммерчески приемлемых электрохимических устройств на основе несущих и тонкослойных протонных электролитов для газового анализа, а также получения электричества и водорода. Получение твердооксидных электрохимических ячеек с несущим и тонкослойным протонным электролитом для электрохимических устройств.

Задачи проекта: 

— Разработка новых композиционных материалов с высоким уровнем протонной проводимости.
— Разработка технологий создания прототипов электрохимических устройств на основе планарных и трубчатых ячеек с несущим и тонкослойным протонным электролитом.
— Моделирование процессов зарядо-, массо и теплопереноса в ячейках, работающих в режимах топливного элемента, электролизера и амперометрического сенсора.
— Экспериментальная проверка разработанных концепций с помощью тестирования
мини-стеков, работающих в режиме топливного элемента и электро лизера.
— Разработка модели, создание и тестирование прототипов топливного элемента с мощностью 300 Вт и электролизера с производительностью по Н2 не менее 200 H2/ч.
— Разработка амперометрического сенсора для анализа водородсодержащих газовых смесей.

Ведущий учёный

Tsiakaras 213x300 

ФИО:Циакарас Панайотис

 

Ученые степень и звание:
Профессор

Занимаемая должность:

Декан Факультета инженерной механики Университета Фессалии (Греция),
Заведующий Лабораторией систем преобразовании альтернативной энергии

Области научных интересов:

Каталитические и электрокаталитические процессы, электрохимия твердого тела, низко-,средне— и высокотемпературные топливные элементы, прямые этанольные топливные элементы для получения электроэнергии, дизайн и разработка новых катализаторов для производства водорода с помощью реформирования возобновляемых видов топлива.

Научное признание: 

Член греческих сообществ «Водород и топливные элементы», «Биотопливо», «Комбинированное получение тепла и электроэнергии», «Катализ».
Член международных сообществ: Американское керамическое сообщество, «Ионика», «Ионика твердого тела», Электрохимическое сообщество, Американское сообщество инженерной механики.
Член редакционной коллегии журнала возобновляемой энергетики (Journal of Renewable Energy).

1. Applied Catalysis B: Environmental Kun Wang; Yi Wang; Zhenxing Liang; Yeru Liang; Dingcai Wu; Shuqin Song; Panagiotis Tsiakaras Ordered Mesoporous Tungsten Carbide/Carbon Composites Promoted Pt Catalyst with High Activity and Stability for Methanol Electrooxidation 2013, accepted 5.825
2. Applied Catalysis B: Environmental A.Brouzgou, L.Yan, S.Q. Song, P. Tsiakaras Glucose Electrooxidation on PdxRh/C Electrocatalysts in Alkaline Medium 2013, accepted 5.825
3. Progress in Materials Science Medvedev, D., Murashkina, A., Pikalova,EY., Denim, A., Podias, A., Tsiakaras P. BaCeO3: materials development, properties and application 2013, accepted 23.194
4. International Journal of Hydrogen Energy Fadeyev, G., Kalakin, A., Demin, A., Volkov, A., Brouzgou, A., Tsiakaras, P. Electrodes for solid electrolyte sensors for the measurement of CO and H2 content in air 2013, 38, 30 3.548
5. Energy & Fuels Vinci A., Chiodo V., Papageridis K., Cavallaro S., Freni S., Ethanol Steam Reforming in a Two-Step Process. Short-Time Feasibility 2013, 27, 3 2.853

Результаты исследований

Публикации

  • статьи в зарубежных журналах

Maxim Ananyev, Dmitry Medvedev, Alexandr Gavrilyuk, Stratigoula Mitri, Anatoly Demin, Vyacheslav Malkov, Panagiotis Tsiakaras. Cu and Gd co-doped BaCeO3 proton conductors: Experimental vs SEM image algorithmic-segmentation results. Electrochimica Acta. 2014. V. 125. P. 371–379.

http://dx.doi.org/10.1016/j.electacta.2013.12.161.

A. Kalyakin, G. Fadeyev, A. Demin, E. Gorbova, A. Volkov, A. Brouzgou, P. Tsiakaras. Hydrogen measurement in N2+H2+H2O mixtures by the aid of amperometric sensors based on solid oxide proton-conducting electrolytes. Electrochimica Acta. 2014. V. 141. P. 120–125.

http://dx.doi.org/10.1016/j.electacta.2014.06.146 .

L.A. Dunyushkina, S.V. Smirnov, V.M. Kuimov, V.P. Gorelov. Electrical conductivity of CaZr0.9Y0.1O3–δ films deposited from liquid solutions. International Journal of Hydrogen Energy. 2014. V. 39, № 32. P. 18385–18391.

http://dx.doi.org/10.1016/j.ijhydene.2014.09.008.

D.A. Medvedev, E.V. Gorbova, A.K. Demin, P.E. Tsiakaras. Conductivity of Gd-doped BaCeO3 protonic conductor in Н2–Н2О–О2 atmospheres. International Journal of Hydrogen Energy. 2014. V. 39, № 36. P. 21547–21552.

http://dx.doi.org/10.1016/j.ijhydene.2014.09.019.

    • статьи в российских журналах

Ю.Г. Лягаева, Д.А. Медведев, А.К. Демин, Т.В. Ярославцева, С.В. Плаксин, Н.М. Поротникова. Особенности получения плотной керамики на основе цирконата бария. Физика и Техника Полупроводников. 2014. Т. 48, № 10. C. 1388–1393.

 http://journals.ioffe.ru/ftp/2014/10/page-1388.html.ru (http://dx.doi.org/10.1134/S1063782614100182).

    • статьи в зарубежных журналах

D. Medvedev, Yu. Lyagaeva, S. Plaksin, A. Demin, P. Tsiakaras. Sulphur and carbon tolerance of BaCeO3–BaZrO3 proton-conducting materials. Journal of Power Sources. 2015. V. 273. P. 716–723.

http://dx.doi.org/10.1016/j.jpowsour.2014.09.116.

J. Lyagaeva, D. Medvedev, A. Demin, P. Tsiakaras. Insights on thermal and transport features of BaCe0.8–xZrxY0.2O3–δ proton-conducting materials. Journal of Power Sources. 2015. V. 278. P. 436–444.

http://dx.doi.org/10.1016/j.jpowsour.2014.12.024.

J. Lyagaeva, D. Medvedev, E. Filonova, A. Demin, P. Tsiakaras. Textured BaCe0.5Zr0.3Ln0.2O3−δ (Ln = Yb, Y, Gd, Sm, Nd and La) ceramics obtained by the aid of solid-state reactive sintering method. Scripta Materialia. 2015. V. 109. P. 34–37.

http://dx.doi.org/10.1016/j.scriptamat.2015.07.012.

G. Fadeyev, A. Kalyakin, E. Gorbova, A. Brouzgou, A. Demin, A. Volkov, P. Tsiakaras. A simple and low-cost amperometric sensor for measuring H2, CO, and CH4. Sensors and Actuators B: Chemical. 2015. V. 221. P. 879–883.

http://dx.doi.org/10.1016/j.snb.2015.07.034.

E.Yu. Pikalova, N.M. Bogdanovich, A.A. Kolchugin, A. Brouzgou, D.I. Bronin, S.V. Plaksin, A.F. Khasanova, P. Tsiakaras. Effect of nature of the ceramic component of the composite electrodes based on La1.7Ca(Sr)0.3NiO4+δ on their electrochemical performance. ECS Transactions. 2015. V. 68, № 1. P. 809–815.

http://dx.doi.org/10.1149/06801.0809ecst.

S. Mitri, D. Medvedev, S. Kontou, A. Demin, P. Tsiakaras. Polarization study of Fe|BaCe0.5Zr0.3Y0.08Yb0.08Cu0.04O3–δ|Fe electrochemical cells in wet H2 atmosphere. International Journal of Hydrogen Energy. 2015. V. 40, № 42. P. 14609–14615.

http://dx.doi.org/10.1016/j.ijhydene.2015.05.020.

    • статьи в российских журналах

А.С. Калякин, Г.И. Фадеев, А.Н. Волков, Е.В. Горбова, А.К. Демин. Электроды для потенциометрических твердоэлектролитных сенсоров с неразделенными газовыми пространствами для измерения содержания горючих газов CO и Н2 в газовых смесях. Электрохимия. 2015. Т. 51, № 2. Р. 162–170.

http://dx.doi.org/10.7868/S0424857015020061(http://dx.doi.org/10.1134/S1023193515020068).

Ю.Г. Лягаева, Д.А. Медведев, А.К. Демин, П. Циакарас, О.Г. Резницких. Термическое расширение материалов в системе церато-цирконата бария. Физика Твердого Тела. 2015. Т. 57, № 2. Р. 272–276.

http://journals.ioffe.ru/ftt/2015/02/page-272.html.ru (http://dx.doi.org/10.1134/S1063783415020250).

Д.А. Медведев, А.А. Мурашкина, А.К. Демин. Формирование плотных электролитов на основе BaCeO3 и BaZrO3 для применения в твердооксидных топливных элементах: роль активного твердофазного спекания. Обзорный Журнал по Химии. 2015. Т. 5, № 3. С. 221–242.

http://dx.doi.org/10.1134/S2218114815030021 (http://dx.doi.org/10.1134/S2079978015030024).

    • статьи в зарубежных журналах

J. Lyagaeva, N. Danilov, G. Vdovin, J. Bu, D. Medvedev, A. Demin, P. Tsiakaras. A new Dy-doped BaCeO3–BaZrO3 proton-conducting material as a promising electrolyte for reversible solid oxide fuel cells. Journal of Materials Chemistry A, 2016. V. 4, № 40. P. 15390–15399.
http://dx.doi.org/10.1039/C6TA06414K.

N. Danilov, G. Vdovin, O. Reznitskikh, D. Medvedev, A. Demin, P. Tsiakaras. Physicо-chemical characterization and transport features of proton-conducting Sr-doped LaYO3 electrolyte ceramics. Journal of the European Ceramic Society. 2016. V. 36, № 11. P. 2795–2800.

http://dx.doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2016.04.018.

N. Kochetova, I. Animitsa, D. Medvedev, A. Demin, P. Tsiakaras. Recent activity in the development of proton-conducting oxides for high-temperature applications. RSC Advances. 2016. V. 6, № 77. P. 73222–73268.

http://dx.doi.org/10.1039/c6ra13347a.

A. Kalyakin, J. Lyagaeva, D. Medvedev, A. Volkov, A. Demin, P. Tsiakaras. Characterization of proton-conducting electrolyte based on La0.9Sr0.1YO3–δ and its application in a hydrogen amperometric sensor. Sensors and Actuators B: Chemical. 2016. V. 225. P. 446–452.

http://dx.doi.org/10.1016/j.snb.2015.11.064.

V.I. Tsidilkovski, L.P. Putilov. The role of deep acceptor levels in hydration and transport processes in BaZr1–xYxO3–δ and related materials. Journal of Solid State Electrochemistry. 2016. V. 20, № 3. P. 629–643.

http://dx.doi.org/10.1007/s10008-015-3087-1.

D.A. Medvedev, J.G. Lyagaeva, E.V. Gorbova, A.K. Demin, P. Tsiakaras. Advanced materials for SOFC application: Strategies for the development of highly conductive and stable solid oxide proton electrolytes. Progress in Materials Science. 2016. V. 75. P. 38–79.

http://dx.doi.org/10.1016/j.pmatsci.2015.08.001.

J. Lyagaeva, B. Antonov, L. Dunyushkina, V. Kuimov, D. Medvedev, A. Demin, P. Tsiakaras.Acceptor doping effects on microstructure, thermal and electrical properties of proton-conducting BaCe0.5Zr0.3Ln0.2O3−δ (Ln = Yb, Gd, Sm, Nd, La or Y) ceramics for solid oxide fuel cell applications. Electrochimica Acta. 2016. V. 192. P. 80–88.

http://dx.doi.org/10.1016/j.electacta.2016.01.144.

E. Pikalova, D. Medvedev. Effect of anode gas mixture humidification on the electrochemical performance of the BaCeO3-based protonic ceramic fuel cell. International Journal of Hydrogen Energy. 2016. V. 41, № 6. P. 4016–4025.

http://dx.doi.org/10.1016/j.ijhydene.2015.11.092.

A. Kalyakin, A. Volkov, J. Lyagaeva, D. Medvedev, A. Demin, P. Tsiakaras. Combined amperometric and potentiometric hydrogen sensors based on BaCe0.7Zr0.1Y0.2O3–δ proton-conducting ceramic. Sensors and Actuators B: Chemical. 2016. V. 301. P. 175–182.

http://dx.doi.org/10.1016/j.snb.2016.03.017.

D. Medvedev, J. Lyagaeva, G. Vdovin, S. Beresnev, A. Demin, P. Tsiakaras. A tape calendering method as an effective way for the preparation of proton ceramic fuel cells with enhanced performance. Electrochimica Acta. 2016. V. 210. P. 681–688.
http://dx.doi.org/10.1016/j.electacta.2016.05.197.

    • статьи в российских журналах

Ю.Г. Лягаева, Г.К. Вдовин, И.В. Николаенко, Д.А. Медведев, А.К. Демин. Модифицирование BaCe0.5Zr0.3Y0.2O3–δ оксидом меди: влияние на структурные и транспортные свойства. Физика и Техника Полупроводников. 2016. Т. 50, № 6. Р. 854–858.

http://journals.ioffe.ru/articles/43218 (http://dx.doi.org/10.1134/S1063782616060142).

    • статьи в зарубежных журналах

L.P. Putilov, V.I. Tsidilkovski, The role of deep acceptor centers in the oxidation of acceptor-doped wide-band-gap perovskites ABO3. Journal of Solid State Chemistry. 2017. V. 247. P. 147–155.

http://dx.doi.org/10.1016/j.jssc.2017.01.010.

Y. Wang, H. Liu, K. Wang, S. Song, P. Tsiakaras. 3D interconnected hierarchically porous N-doped carbon with NH3 activation for efficient oxygen reduction reaction. Applied Catalysis B: Environmental. 2017. V. 210. P. 57–66.

http://dx.doi.org/10.1016/j.apcatb.2017.03.054.

V. Tsidilkovski, Anton Kuzmin, L. Putilov, V. Balakireva. H/D isotope effect for hydrogen solubility in BaZr0.9Y0.1O3–δ: Chemical expansion studies. Solid State Ionics. 2017. V. 301. P. 170–175.

http://dx.doi.org/10.1016/j.ssi.2017.01.028.

K. Wan, A.-D. Tan, Z.-P. Yu, Z.-X. Liang, J.-H. Piao, P. Tsiakaras. 2D nitrogen-doped hierarchically porous carbon: Key role of low dimensional structure in favoring electrocatalysis and mass transfer for oxygen reduction reaction. Applied Catalysis B: Environmental. 2017. V. 209. P. 447–454.

http://dx.doi.org/10.1016/j.apcatb.2017.03.014.

D. Medvedev, A. Kalyakin, A. Volkov, A. Demin, P. Tsiakaras. Electrochemical moisture analysis by combining oxygen- and proton-conducting ceramic electrolytes. Electrochemistry Communications. 2017. V. 76. P. 55–58.

http://dx.doi.org/10.1016/j.elecom.2017.01.003.

A. Volkov, E. Gorbova, A. Vylkov, D. Medvedev, A. Demin, P. Tsiakaras. Design and applications of potentiometric sensors based on proton-conducting ceramic materials. A brief review. Sensors & Actuators: B. Chemical. 2017. V. 244. P. 1004–1015.

http://dx.doi.org/10.1016/j.snb.2017.01.097.

L.S. Skutina, A.I. Vylkov, D.A. Medvedev, E.A. Filonova. Features of structural, thermal and electrical properties of Mo-based composite materials as fuel electrodes for high-temperature applications. Journal of Alloys and Compounds. 2017. V. 705. P. 854–861.

http://dx.doi.org/10.1016/j.jallcom.2017.02.193.

J. Lyagaeva, N. Danilov, D. Korona, A. Farlenkov, D. Medvedev, A. Demin, I. Animitsa, P. Tsiakaras. Improved ceramic and electrical properties of CaZrO3-based proton-conducting materials prepared by a new convenient combustion synthesis method. Ceramics International. 2017. V. 43, № 9. P. 7184–7192.

http://dx.doi.org/10.1016/j.ceramint.2017.03.006.

H. Tang, Y. Zeng, Y. Zeng, R. Wang, S. Cai, C. Liao, H. Cai, X. Lu, P. Tsiakaras, Iron-embedded nitrogen doped carbon frameworks as robust catalyst for oxygen reduction reaction in microbial fuel cells. Applied Catalysis B: Environmental. 2017. V. 202. P. 550–556.

http://dx.doi.org/10.1016/j.apcatb.2016.09.062.

G.-F. Long, X.-H. Li, K. Wan, Z.-X. Liang, J.-H. Piao, P. Tsiakaras. Pt/CN-doped electrocatalysts: Superior electrocatalytic activity for methanol oxidation reaction and mechanistic insight into interfacial enhancement. Applied Catalysis B: Environmental. 2017. V. 203. P. 541–548.

http://dx.doi.org/10.1016/j.apcatb.2016.10.055.

Back to top