Исследование процесса формирования химического источника тока в «red-ox» системе Fe(II) – Fe(III) в сернокислой среде

Среди технологии, предназначенных для сохранения энергии, особого внимания заслуживают проточные аккумуляторы. Принцип действия их основан на применении систем из переменновалентных ионов. Целью работы является создание химического источника тока на основе применения «red – ox» системы Fe(II)/Fe(III) и определение закономерностей формирования величин электродвижущей силы (ЭДС) и тока короткого замыкания (ТКЗ) в кислых растворах в зависимости от концентрации ионов. Эксперименты проводятся методом измерения ЭДС, формирующейся между графитовыми электродами и ТКЗ. Собрана специальная установка, состоящая из электролизера с разделенными электродными пространствами, амперметра, вольтметра и графитовых электродов. Электролитом служили подкисленные растворы сульфатов железа (II) и железа (III). В электролизере, электродные пространства которого разделены анионитовой мембраной, при заполнении одного пространства сульфатом железа (II), а другого – сульфатом железа (III) между графитовыми электродами возникает ЭДС. При создании контакта между графитовыми электродами в первом электродном пространстве протекает окисление железа (II), а во втором – восстановление железа (III). Формируется химический источник тока. При концентрации железа (III), равной 20 г/л, изменение концентрации железа (II) в пределах 1-40 г/л способствует смещению потенциала графитового электрода в область отрицательных значений. При концентрации Fe(III), равной 1 г/л, значение потенциала составляет 509 мВ, а при 40 г/л – 475 мВ. Установлено, что в результате указанных изменений наблюдается возрастание ЭДС и КТЗ. 

1. Абрамова Д.А., Дубцов Н.Д., Петрова С.Е. Автономные источники энергии // Химические источники тока. Лучшая исследовательская статья 2023 / Сборник статей, 2023, 7. https://naukaip.ru/wp-content/uploads/2023/01/K-448.pdf#page=7.

2. Ang T.Z. et al. A comprehensive study of renewable energy sources: Classifications, challenges and suggestions // Energy Strategy Reviews. – 2022. – Т. 43. – С. 100939. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211467X2200133X.

3. Mossali E. et al. Lithium-ion batteries towards circular economy: A literature review of opportunities and issues of recycling treatments //Journal of environmental management. – 2020. – Т. 264. – С. 110500. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0301479720304345.

4. Armand M. et al. Lithium-ion batteries – Current state of the art and anticipated developments // Journal of Power Sources. – 2020. – Т. 479. – С. 228708. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0378775320310120.

5. Нижниковский Е. Перспективы использования химических источников тока для электропитания автономной радиоэлектронной аппаратуры // Современная электроника. – 2010. – № 2. – С. 12. https://www.soel.ru/upload/clouds/1/iblock/522/52251ebb9d235ea922132b35e71d7de8/20100201.2.pdf

6. Zhu P. et al. A review of current collectors for lithium-ion batteries //Journal of Power Sources. – 2021. – Т 485. – С. 229321. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0378775320316098.

7. Годяева М.В., Воронков Д.Е., Казаринов И.А. Проточные редокс-батареи на основе органических веществ для накопления электрической энергии. – 2020. https://scholar.google.com/scholar?start=20&q=%D1%85%D0%B8%D0%BD%D0%BE%D0%BD+&hl=ru&as_sdt=0,5&as_ylo=2019.

8. Петров М.М. и др. Проточные редокс-батареи: место в современной структуре электроэнергетики и сравнительные характеристики основных типов // Успехи химии. – 2021. – Т. 90. – № 6. – С. 677-702. https://www.uspkhim.ru/RCR4987pdf.

9. Годяева М.В. и др. Проточные батареи на основе органических редокс-систем для крупномасштабного хранения электрической энергии // Электрохимическая энергетика. – 2021. – Т 21, № 2. – С. 59-85. https://cyberleninka.ru/article/n/protochnye-batarei-na-osnoveorganicheskih-redoks-sistem-dlya-krupnomasshtabnogo-hraneniya-elektricheskoy-energii.

10. Goulet M.A. et al. Extending the lifetime of organic flow batteries via redox state management // Journal of the American Chemical Society. – 2019. – Т. 141, №. 20. – С. 8014-8019. https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.8b13295.

11. Кравченко Е.В. Обзор современных технологий накопления энергии // Компетентность. – 2023. – № 1. – С. 33-38. https://cyberleninka.ru/article/n/obzor-sovremennyh-tehnologiynakopleniya-energii.

12. Фиалков А.С. Углерод в химических источниках тока //Электрохимия. – 2000. – Т. 36, № 4. – 389-413. https://www.elibrary.ru/item.asp?id=44689612.