Научные достижения

Лаборатория технологий электрохимических производств Центра физико-химических методов исследования и анализа формально существует с 1996 года, однако многие ее научные разработки получили свое развитие еще на кафедрах физической и аналитической химии Казахского государственного университета. Ее бессменным заведующим и научным руководителем всех проводимых исследований является д.х.н., профессор Курбатов А.П.

Традиционно в лаборатории технологий электрохимических производств проводились работы в области гальванотехники, направленные на усовершенствование технологий получения покрытий для ювелирной промышленности: никелирование, меднение, хромирование, золочение и серебрение. Интересные разработки были сделаны в области получения гальванокопий при формировании первичных покрытий на неметаллических изделиях, из которых изготавливалось копия, также разрабатывались новые электролиты для увеличения скорости роста покрытия. Здесь же были разработаны новые варианты технологий металлизации пластмасс, оксидирования медных, алюминиевых, никелевых и латунных изделий для декоративных целей (Моисеевич О.Ю., Галеева А.К., Шолакова А.Н.). Все эти работы, как правило, выполнялись по соответствующим договорам с заинтересованными предприятиями, занимающимися производством ювелирной продукции.
Значительный период научной деятельности лаборатории был посвящен вопросам металлизации полиимидных пленок для печатных плат, космических зеркал и антенн, также разрабатывались технологии получения металлизированных микрокапсул и самозаживляющихся покрытий (Моисеевич О.Ю., Галеева А.К., Мельситова И.Б., Николаева Е.С.). Эти работы проводились по гранту МНТЦ и двум грантам НАТО в сотрудничестве с учеными из Марсельского Университета, Техасского Университета, Московского педагогического Университета и Технического университета г. Монпелье. Работы по получению самозаживляющихся покрытий продолжаются по сей день в рамках гранта по проекту МОН РК «Коммерциализация технологий» при поддержке Всемирного банка.
Интересным как в практическом, так и в фундаментальном аспекте являются работы по формированию наноструктур и фрактальных структур при помощи электрохимических методов осаждения металлов (целевые гранты МОН РК). Так, на примере никеля и меди была показана возможность формирования многоуровневых фрактальных структур для использования их в качестве матрицы различного рода электродов, в частности, для электродов электрохимических преобразователей энергии (Камысбаев Д.Х., Мельситова И.Б.).
В вопросах гидроэлектрометаллургии лаборатория занималась, в основном, разработкой способов получения металлических порошков никеля, меди и цинка. Были усовершенствованы составы электролитов с использованием добавок поверхностно-активных веществ и отработаны режимы электролиза для получения высокодисперсных порошков (Кобжанов А.С., Кушнарев М.С.). В качестве достижения необходимо отметить не только технологию получения порошков меди и никеля размером в несколько микрон, но и разработку модели формирования осадка.
Значимой работой в области электрогидрометаллургии является также работа, посвященная электрохимической генерации окислителей в растворах серной кислоты, используемых для процесса подземного выщелачивания урана. Такая проблема была поставлена АО НАК «КазАтомПром». Отработаны режимы получения растворов надсерной кислоты в проточном электролизере, оптимизированы концентрационные и электрохимические параметры процесса (Мальчик Ф., Калугина С.М.).
Наибольшую долю работ, проводимых в лаборатории, составляют работы, посвященные химическим источникам тока. Прежде всего, это литиевые первичные источники тока и литий-ионные аккумуляторы. Традиционно значительная часть работ посвящена изучению процессов, происходящих на литиевом электроде, а именно - коррозии и свойствам поверхностных пленок, образующихся на поверхности лития. Разработаны и предложены модели формирования этих пленок и переноса через них заряда, что позволяет предсказывать поведение системы при длительном хранении (Галеева А.К.).
В области литий-ионных аккумуляторов проводимые работы посвящены всем трем основным составным частям аккумулятора - катодному материалу, анодному материалу и твердому электролиту. Разработаны два новых метода синтеза модифицированного железофосфата, при помощи которых получается материал, имеющий требуемую кристаллическую структуру и высокие разрядные характеристики (Трусов И., Турганулы Р., Сивохин В.). Синтезированы новые твердые полимерные электролиты, которые представляют собой композиты с проводимостью 5х10-3 Ом-1 . см-1 (Николаева Е.С.). Разработка материалов для литий-ионных аккумуляторов проводятся в рамках грантов МОН РК и по заказу АО НАК «КазАтомПром». В области исследования анодных материалов для литий-ионных аккумуляторов проводится изучение процессов интеркаляции катионов лития в композиционные материалы на основе графита (Лепихин М.С.) и фундаментальных закономерностей самого процесса интеркаляции, причем не только с экспериментальной точки зрения, но и с привлечением квантово-химических расчетов.
По заказу Талдыкорганского завода свинцовых аккумуляторов в лаборатории разрабатывался ингибитор коррозии для сухозаряженного свинцового аккумулятора, который позволяет заменять дефицитный и дорогой ингибитор – α-оксинафтойную кислоту на этом заводе. Кроме этого, изучались также возможности повышения устойчивости решеток свинцовых аккумуляторов путем введения в электролит соответствующих добавок, участвующих в электрохимическом процессе (Кобжанов А.С., Садырбакиев Р.)
Начаты также работы по изучению процессов, разработке электродов и отработки технологий их формирования для топливных элементов. Прежде всего, это газодиффузионные электроды и каталитические добавки для восстановления кислорода на них.
Проводится отработка процесса определения окислителей в реакциях или при производстве, когда концентрация этого окислителя постоянно меняется. Такая проблема родилась в рамках гранта МОН РК и задач АО НАК «КазАтомПром» по синтезу окислителя в растворах серной кислоты в проточном электролизере и развилась в более широкое направление аналитического определения окислителей не только на основе перекисных соединений, но и на основе хлора, гипохлорита, хлората и т.д. (Калугина С.М., Мальчик Ф.). Еще одна подобная работа выполняется по договорам с Центром противоинфекционных препаратов (г.Алматы) по изучению реакций, происходящих в лекарственных препаратах на основе йода (Калугина С.М., Галеева А.К.).
Еще одной традиционной темой, которой занимается лаборатория технологии электрохимических производств, является разработка новых электродов для проведения электрохимических процессов. В этом направлении наиболее значимым и актуальным для Казахстана результатом является разработка модифицированного метода получения окисно-рутениевых электродов с добавками новых компонентов, позволяющих продлить срок службы этого электрода (Лепихин МС, Давыдченко Д.). Эта работа выполнялась в соответствии с потребностью ГКП «Горводоканал» города Алматы.