Энергетический цикл на основе циклического превращения бромат-бромид

Цель работы: Теоретический анализ и экспериментальная проверка возможности реализации заряд-разрядного цикла на основе бромид-броматной реакции, реализуемой на положительном полуэлементе водородно-броматного источника тока. Объекты исследования: Водородно-броматный источник тока; Краткая формулировка основных результатов: 1. Проведен термодинамический анализ изменения состава системы при окислительном электролизе раствора бромида в зависимости от рН для вариантов 1, 2, 3 и 4, когда за время электролиза максимальная степень окисления атомов брома достигает значений 0 (т. е. не образуются оксобромных соединений); +1 (образуются HBrO и BrO-), +5 (образуется бромат-анион BrO3-). При условии квазиравновесного состояния всех проходящих процессов для каждого из этих вариантов эволюции системы было проанализировано изменение концентраций всех бромсодержащих соединений и потенциала индикаторного электрода в зависимости от заряда электролиза, истраченного на редокс-превращения атомов Br внутри этих соединений, а также зависимость этих концентраций от потенциала. Такой анализ проведен для трех характерных рН раствора: 2, 6 и 10. Продемонстрировано, что этот параметр кардинальным образом меняет характер изменения состава раствора при промежуточных степенях окисления атомов брома. 2. Осуществлен энергетический цикл на основе бромид-броматной реакции в кислой среде. Исследованы выходы по току, напряжению и энергии водородно-броматной проточной батареи. Исследован состав электролита на положительном электроде при заряде и разряде ячейки водородно-броматной проточной батареи. 3. Показано, что реализация цикла на углеродных электродах малоэффективна из-за деградации в процессе циклирования водородно-броматной проточной батареи. Предложены материалы на основе смешенных оксидов металлов, обладающие высокой проводимостью и коррозионной устойчивостью – IrO2/TiO2/Ti - электроды для повышения ресурса броматного катода водородно-броматной проточной батареи. 4. Получены коэффициенты диффузии Br- и Br2, а также коэффициенты их распределения на границе раздела мембрана- внешний раствор для перфторированных мембран равны (2.9 ± 0.3)⸱10-6 см2/с, 0.23 ± 0.02 и (4.3 ± 0.1)⸱10-7 cм2/с и 3.24 ± 0.03 соответственно. Краткая формулировка значения полученных результатов для практики/области науки: Реализован перезаряжаемый водородно-броматный источник тока, предложены материалы для повышения ресурса катода, и получены коэффициенты диффузии и коэффициенты распределения на границе раздела мембрана-внешний раствор для Br- и Br2 для перфторированных мембран различной толщины.