Статьи автора

Вольт-амперные и разрядные характеристики водородно-хлоратного генератора тока с сернокислым электролитом

Номер выпуска 3 от 17.09.2025

В работе исследовано функционирование единичной ячейки проточного водородно-галогенатного генератора тока, преобразующей энергию реакции окисления газообразного водорода хлоратом натрия в сернокислом водном растворе в электроэнергию при помощи мембранно-электродного блока состава (–) H₂, Pt–C // PEM // NaClO₃, C (+). Применен комбинированный режим работы нагрузки, включающий этапы потенцио- и гальваностатического контроля, учитывающий специфику протекания полуреакции электровосстановления хлората – ее редокс-медиаторный автокаталитический механизм (EC-autocat). Для водных электролитов с различным содержанием серной кислоты установлены параметры системы, определяющие мощность и эффективность функционирования водородно-хлоратного генератора тока: фарадеевская и энергетическая эффективности, средняя мощность разряда и время выхода на стационарный режим. Установлено, что наиболее эффективно изучаемая водородно-хлоратная ячейка функционирует с использованием электролита с 5 М содержанием серной кислоты: ячейка с таким электролитом выходит на режим генерации тока плотностью 0.25 А/см² за полторы минуты, позволяет преобразовать в электроэнергию 55% энергозапаса при средней удельной мощности разряда 0.23 Вт/см².

13 0

РАВНОВЕСНЫЕ И РАЗРЯДНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЕДИНИЧНОЙ ЯЧЕЙКИ ВОДОРОДНО-ВАНАДИЕВОЙ БАТАРЕИ С ЭЛЕКТРОЛИТОМ РАЗЛИЧНОЙ КИСЛОТНОСТИ

Номер выпуска 5 от 17.09.2025

В работе исследована единичная ячейка перезаряжаемого химического источника тока(ХИТ) – водородно-ванадиевой батареи((Pt–C)H|Nafion|VO(С)), при варьировании содержания серной кислоты в ванадиевом электролите(католите) в диапазоне от 3 до 6 М общего содержания сернокислотных остатков и суммарной концентрации соединений ванадия 1 М. Для этого диапазона составов получены зависимости напряжения ячейки(НРЦ) и потенциалов ее полуэлементов (ПРЦ) в состоянии разомкнутой цепи от соотношения ванадил: ванадат в составе электролита, а также измерены вольт-амперные характеристики при пропускании через ячейку токов различного направления. Разделение вкладов потенциалов обоих полуэлементов и их поляризации в напряжение ячейки реализовано при помощи внешнего электрода сравнения, подведенного к ванадиевому проточному электроду с использованием пленочного капилляра Луггина. Измерены удельные электропроводности ванадиевого электролита различного состава и зависимость этой величины от соотношения ванадил/ванадат в нем на различных этапах заряд-разрядного цикла. Обнаружено, что с увеличением кислотности католита функционирующая на нем ячейка демонстрирует снижение максимальной удельной мощности разряда с 0.68 до 0.45 Вт/см, причиной которого является концентрационная поляризация как положительного, так и отрицательного полуэлементов в области высоких токов, с гораздо большим относительным вкладом последней. В области малых токов(±0.25 A/см) вольт-амперные характеристики обоих полуэлементов линейны, а их наклоны(поляризационные сопротивления) возрастают с ростом кислотности электролита для водородного полуэлемента и снижаются для ванадиевого, вследствие чего их сумма(полное сопротивление ячейки) в диапазоне исследуемых кислотностей демонстрирует прирост от 0.34 до 0.39 Ом см.

9 0

Электрохимическое исследование свободной формы противоопухолевого антибиотика доксорубицина и инкапсулированной в биосовместимый сополимер N-винилпирролидона с (ди)метакрилатами

Номер выпуска 4 от 17.09.2025

Проведено сравнительное исследование электрохимического поведения различных форм противоопухолевого антибиотика доксорубицина (ДОКС) — свободной и инкапсулированной в мицеллоподобные наночастицы биосовместимого амфифильного сополимера N-винилпирролидон (ВП)-метакриловая кислота-диметакрилат триэтиленгликоля (ДМТЭГ) в водных нейтральных буферных растворах на стеклоуглеродном электроде. Методом динамического рассеяния света определены гидродинамические радиусы R_h сополимера и полимерных наноструктур ДОКС. Методами циклической и квадратно-волновой вольтамперометрии показано наличие для обеих форм ДОКС при pH 7.24 двух основных редокс-переходов: необратимое окисление/ревосстановление в интервале потенциалов от 0.2 до 0.6 В и обратимое восстановление/реокисление — от −0.4 до −0.7 В (по насыщенному хлоридсеребряному электроду сравнения), определены их редокс-потенциалы. Отличие потенциалов соответствующих пиков обоих редокс-переходов не превышает нескольких десятков (20–30) мВ, при этом окисление инкапсулированной формы протекает легче, чем свободной, а восстановление — несколько труднее. Анализ зависимости тока восстановления обеих форм ДОКС от скорости развертки потенциала показывает, что перенос электрона на молекулу свободного ДОКС в значительной степени определяется скоростью накопления реагента в адсорбционном слое, а для инкапсулированной формы характерен смешанный адсорбционно-диффузионный контроль. На основании вольтамперометрических данных и результатов квантово-химического моделирования сделан вывод об образовании водородной связи между кислородсодержащими группами мономерных звеньев сополимера и H-атомами ОН и NH₂ групп ДОКС. Рассчитаны энергии связей в рассмотренных структурах и показано, что их значения близки к классическим, если карбонильная группа лактамного цикла ВП в инкапсулирующем полимере — донор электронов, а водороды ОН и NH₂ групп ДОКС — акцепторы. Вместе с тем связи, образованные с участием атома кислорода эфирной группы ДМТЭГ-звена, крайне слабы.

1 0

Единичная ячейка водородно-ванадиевого проточного источника тока с высокой удельной мощностью разряда

Номер выпуска 9 от 17.09.2025

В работе исследован проточный химический источник тока, мембранно-электродный блок которого представляет собой гибрид газодиффузионного анода водородно-воздушного топливного элемента (ТЭ) и катода ванадиевой проточной редокс-батареи (ВПРБ), работающего за счет циркуляции сернокислого раствора солей ванадия в степени окисления +4 и +5 через пористый углеродный материал: (Pt–C)H₂|Nafion|VO₂⁺(С). Концепция одородно-ванадиевой проточной батареи (ВВПБ) была предложена ранее (2013 г.) в качестве альтернативы ВПРБ для решения задач накопления/воспроизводства электроэнергии в накопителях большой емкости, однако ее практическая реализация до настоящего времени ограничена единичными ячейками с активной площадью не более нескольких десятков см². Целью настоящей работы являлись выявление и минимизация факторов, ограничивающих удельную мощность разряда такого гибрида – по этому показателю ВВПБ уступают как водородно-воздушным ТЭ, так и ВПРБ, несмотря на сочетание их более обратимых полуэлементов. Объектом исследования выступала ячейка с мембранно-электродным блоком 2см × 2см, оснащенная капилляром Луггина со стороны ванадиевого электролита. С использованием шестиэлектродной схемы подключения ячейки выполнены измерения вольт-амперных характеристик, включая поляризации отдельных полуэлементов при варьировании скорости циркуляции ванадиевого электролита и материала катода (углеродные войлоки толщиной 4.6 и 2.5 мм, а также углеродная бумага). Установлено, что вклад водородного газодиффузионного электрода в полное сопротивление ячейки ВВПБ постоянному току вдвое превышает таковой для проточного ванадиевого катода. В работе получена рекордно высокая удельная мощность разряда: 0.75 Вт см^–2, при этом в качестве материала катода использован коммерчески доступный материал – углеродный войлок Sigracell GFD 2.5 EA-TA без дополнительной модификации поверхности.

1 0

Характеристики заряд-разрядного цикла водородно-бромной батареи с катодом IrO<SUB>2</SUB>/TiO<SUB>2</SUB> на титановом войлоке в режиме полного использования емкости

Номер выпуска 12 от 17.09.2025

Исследован циклический заряд-разрядный процесс единичной ячейки водородно-бромной батареи, катод которой представляет собой запитываемый водным раствором HBr/Br₂ пористый титановый войлок с покрытием на основе оксидов IrO₂ и TiO₂, анодом служит водородный газодиффузионный электрод с каталитическим слоем Pt/C, а перенос ионов водорода между ними осуществляет перфторированная сульфокатионообменная мембрана GP-IEM 103. Методами сканирующей электронной микроскопии c рентгеноспектральным микроанализом, спектроскопии комбинационного рассеяния и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии охарактеризованы морфология, а также фазовый и химический состав материала катода. Условие переключения между зарядным и разрядным полуциклами (верхний предел по напряжению) выбрано исходя из минимизации содержания в нем бромид-анионов (как и полибромидов) относительно образующегося молекулярного брома в конце стадии заряда (окисления Br^–) – в отличие от традиционно применяемого частичного преобразования бромида в бром для повышения стабильности последнего в составе полибромидных комплексов. Заряд-разрядные испытания ячейки водородно-бромной проточной редокс-батареи были проведены в гальваностатическом режиме при трех плотностях тока: 25, 50 и 75 мА/см². Сопоставление величин зарядов и средних напряжений на этапах генерации и запасания электроэнергии показывает, что наибольшая эффективность цикла достигается при плотности тока 50 мА/см². Такая величина плотности заряд-разрядного тока отвечает и наиболее полному использованию редокс-емкости электролита. Установлено, что стабильность использованного катодного материала в контакте с соединениями брома в кислой среде значительно превосходит таковую для углеродной бумаги, а основной причиной падения емкости батареи от цикла к циклу является абсорбция молекулярного брома материалами, контактирующими с католитом: компонентами мембранно-электродного блока (МЭБ), трубопроводами и деталями насоса, обеспечивающего циркуляцию.

0