Отделение материалов и технологий для накопления и преобразования энергии нацелено на создание и развитие новых технологий и функциональных материалов, используемых в твердооксидных и протонно-керамических устройствах. Как правило функциональные материалы это оксидные соединения, содержащие цирконий, церий, скандий, иттрий, празеодим, лантан и др.
Исследование фундаментальных взаимосвязей между кристаллической, электронной структурой, микроструктурой и электрохимическими свойствами функциональных материалов, а также понимания механизма процессов, протекающих в рабочих условиях электрохимических ячеек, включая эксперименты в условиях длительных испытаний и разработка методов синтеза оксидных и композитных материалов, принципов работы твердооксидных и протонно-керамических электрохимических устройств и технологий их формирования нацелены на создания новых высокоэффективных и стабильных функциональных материалов и электрохимических устройств на их основе: топливных элементов и электролизеров для водородной энергетики.
Мы предлагаем профессиональные услуги электронной микроскопии, которые помогут вам получить полное представление о структуре и химическом составе материалов на микро- и наноуровне, что в свою очередь ускорит их разработку и контроль качества.
Используя современный сканирующий электронный микроскоп с полевой эмиссией FEI Quanta FEG 250 (США) с детекторами вторичных (SE) и обратнорассеянных электронов (BSE), а также энергодисперсионным спектрометром EDAX Octan Elect (США), мы обеспечиваем:
— Микро- и наноразрешение – видны мельчайшие объекты и дефекты с предельным разрешением 1.2 нм;
— Мгновенный переход от морфологии к химии – анализ структуры и элементного состава в одной лаборатории;
— Работа с любыми типами образцов – проводники, непроводники, биоматериалы, порошки, покрытия, композиты, керамика.
— Исследования в естественной среде – анализ хрупких, чувствительных к вакууму и влажных материалов без разрушения;
— SE и BSE-детекторы – максимум информации о поверхности и распределении фаз;
—Энергодисперсионный анализ (EDX/EDS) – количественный и качественный элементный анализ, а также построение карт распределения элементов в материале.
— Измерение размеров объектов – точное измерение размеров порошков, покрытий/слоев, дефектов, фаз и др. с использованием встроенного ПО.
Для извлечения количественной информации из изображений, полученных на СЭМ в нашей лаборатории был разработан собственный алгоритм для автоматической обработки и анализа изображений написанный на языке программирования Python с использованием библиотек компьютерного зрения (OpenCV, Scikit-Image) и библиотек обработки больших объемов данных и визуализации (Numpy, Pandas, Matplotlib, Seaborn).
Данный алгоритм позволяет автоматически:
— проводить шумоподавление, контрастирование, фильтрацию, сегментирование изображений самыми современными методами;
— проводить анализ размеров и формы структурных составляющих материала и подсчет объектов на изображении;
— получать гранулометрический состав порошков, долю фаз во всем материале или каждом отдельном слое, а также определять пористость материала;
— визуализировать все необходимые зависимости различных характеристик материала между собой, для наглядного представления;
— проводить массовую пакетную обработку изображений для ускорения работы;
— получать PDF и Excel-файл с “сырыми” данными, для дальнейшей обработки результатов.
Данный алгоритм отлично подойдет для специалистов аддитивного производства желающих получить количественную информацию о порошках, а также для материаловедов, анализирующих структуру материалов по поперечным шлифам.
Для автоматической обработки и анализа изображений слоистых структур полученных на СЭМ в нашей лаборатории был разработан специализированный алгоритм, написанный на языке программирования Python с использованием библиотек (OpenCV,Numpy, Pandas, Matplotlib, Seaborn).
Данный алгоритм позволяет автоматически:
- проводить выделение слоев на основе анализа контрастности изображений для послойной характеризации структуры материала;
- осуществлять линеаризацию каждого слоя и определять пористость через анализ расположения и размеров сферических пор внутри каждого слоя;
- проводить идентификацию и количественную характеристику трехфазных границ в анодном материале ТОТЭ, включая определение длины границ электронный проводник|ионный проводник|газ;
- строить распределения параметров микроструктуры по слоям, включая градиенты пористости, размеры пор и плотность трехфазных границ;
- визуализировать послойные изменения структурных характеристик материала в виде профилей и карт распределения параметров;
- проводить массовую пакетную обработку серий изображений для статистического анализа структуры многослойных образцов;
Данный алгоритм будет особенно полезен для специалистов в области топливных элементов, занимающихся оптимизацией анодных материалов, а также для материаловедов, исследующих функциональные многослойные структуры.
Лаборатория материалов и технологий четвертого энергетического перехода АО «Гиредмет» специализируется на создании оксидных материалов для высокотемпературных электрохимических устройств. Наш опыт охватывает полный цикл — от синтеза (соосаждение, твердофазный и золь-гель методы с пиролизом, метод Печини, спрей-пиролиз с ультразвуковым распылением) и контроля гранулометрического состава до разработки чернил и шликеров, измерения свойств и формирования готовых изделий.
Наша продукция:
Композиционный порошковый анодный материал NiOLDC, полученный методом спрей-пиролиза
Описание: материал представляет собой композиционный порошок на основе 65 вес.% оксида никеля, 35 вес.% Ce0.6La0.4O2δ (LDC). Благодаря уникальному методу получения (спрей-пиролиз с ультразвуковым распылением) достигается высокая протяженность трехфазной границы, что способствует высокой электрохимической активности материала к реакции окисления водорода и низким значениям поляризационного сопротивления по сравнению с материалами, полученными другими методами.
Композиционный порошковый катодный материал SSC-SDC, полученный методом спрей-пиролиза
Описание: материал представляет собой композиционный порошок на основе 70 вес.% Sm0.5Sr0.5CoO3 δ (SSC), 30 вес.% Ce0.8Sm0.2O2δ (SDC). Благодаря уникальному методу получения (спрей-пиролиз с ультразвуковым распылением) достигается высокая протяженность трехфазной границы, что способствует высокой электрохимической активности материала к реакции восстановления кислорода и низким значениям поляризационного сопротивления по сравнению с материалами, полученными другими методами.
Порошковый материал на основе диоксида церия, допированного 40 мол. % лантана (LDC)
Описание: материал представляет собой порошок на основе диоксида церия, допированного 40 мол. % лантана среднего помола (размер частиц 0.7 – 1.5 мкм, удельная площадь поверхности 15 – 25 м2/г), полученный методом соосаждения. Благодаря параметрам порошка идеально подходит для формирования шликера, литья керамических пленок и формирования керамических заготовок методом одноосного прессования.
Порошковый материал на основе галлата лантана, допированного 20 мол. % стронция и 20 мол.% магния (LSGM)
Описание: материал представляет собой порошок на основе галлата лантана, допированного 20 мол. % стронция и 20 мол.% магния среднего помола (размер частиц 0.1 – 1.5 мкм, удельная площадь поверхности 10 – 15 м2/г), полученный методом соосаждения. Благодаря параметрам порошка идеально подходит для формирования шликера, литья керамических пленок и формирования керамических заготовок методом одноосного прессования. Тщательно подобранный химический состав обеспечивает высокую кислород-ионную проводимость, что позволяет использовать его в качестве электролитного материала в высокотемпературных электрохимических устройствах.
Также в АО «Гиредмет» осуществляется синтез оксидных материалов следующих классов: циркониевые электролиты, стабилизированные иттрием или скандием; цериевые системы, допированные гадолинием, самарием или лантаном; а также композиционные порошки катодного и анодного функциональных слоев, получаемые методом спрейпиролиза с ультразвуковым распылением.