Функциональные материалы для химических источников тока

В ходе выполнения работы: - установлено влияние состава композитного электролита на основе (NH3)2HPW12O40 и сульфированного каликс[4]арена и содержания платины в рабочем электроде на свойства сенсоров на водород и монооксид углерода; - установлено влияние природы основания на выход бис-каликс[4]аренов и разработана методика получения сульфированных бис-каликс[4]аренов; - получены неводные электролиты на основе Li-, Na- и K-солей каликс[n]аренсульфокислот, пластифицированных пропиленкарбонатом, и определена их ионная проводимость; - получены неводные полимерные электролиты на основе мембраны Нафион в Na+-форме, пластифицированной смесью этиленкарбоната и сульфолана, и определены их физико-химические свойства; - синтезированы твердые электролиты на основе β-оловянной и хлорной кислот и определена их протонная проводимость; - синтезированы безводные комплексы хлорной кислоты с диметилсульфоксидом и методом ИК-спектроскопии установлено строения катиона (ДМСО)2Н+; - установлена кристаллическая и молекулярная структуры тетраядерного комплекса пивалата циркония Zr2O[O2CC(CH3)3]6. Композиты кремний-восстановленный оксид графена (Si-RGO) получены методом мономолекулярного наслаивания (ММН) и аттестованы комплексом физико-химических методов. На основе кремнийсодержащих нанопорошков, полученных методом плазмохимического синтеза и ММН были изготовлены отрицательные электроды и проведены электрохимические исследования. Было определено влияние типа полимерного связующего на стабильность циклирования кремнийсодержащих электродных материалов. Наноструктурированный пентаоксид ванадия был получен методом гидротермального синтеза. Полученные порошки были аттестованы комплексом физико-химических методов. На основе полученных нанопорошков были изготовлены положительные электроды и проведены электрохимические исследования. Представлены результаты исследований, выполненных в разделе 2. Цели работы: синтез и исследование новых неорганических функциональных наноматериалов и поиск технических решений аккумулирования электроэнергии из солнечных генераторов. В соответствии с планом работ разработаны: - композиты металлогидридов с металл-графеновыми структурами и аккумуляторы водорода на их основе, - наногидридные материалы с высоким содержанием обратимого водорода, - новые электродные материалы для NiMH-источников тока, - композиты никель/нановолокно/графен и MgH2-Ni/УНВ/ГПМ, - наноразмерные порошки диборида ниобия с размером частиц менее 17 нм. В ходе работы были разработаны, изготовлены и испытаны ячейки с мембранно-электродными блоками, включающими в себя каталитический слой PtC на водородном аноде и различные углеродные материалы и каталитические слои на катоде. Для водородно-ванадиевой батареи апробирован новый электродный материал, производимый из длинномерных углеродных нанотрубок. Ячейка водородно-броматной батареи протестирована на возможность осуществления заряд-разрядного цикла, в ходе которого помимо отбора мощности за счет расходования водорода и бромата осуществляется также обратный процесс – получение молекулярного водорода и бромата – пропусканием через ячейку тока обратного направления. Показано, что энергетическая эффективность такого цикла имеет тенденцию к быстрому снижению в ходе его повторения за счет низкой устойчивости углеродного материала катода в контакте с агрессивными компонентами бромид/броматного католита. Нейтрализационная батарея, составленная из двух водородных электродов, работающих на градиенте рН между ними была оптимизирована путем организации режима раздельной подачи жидкого и газообразного реагента в электродные пространства, в результате чего получены рекордно высокие показатели удельной мощности заряжения/разряда для ХИТ такого типа. Установлены особенности механизма взаимодействия медиаторов/электрокатализаторов разных типов (растворимый, нерастворимый, наночастицы металла) с клетками микроорганизмов в биоаноды на основе дрожжей (S. cerevisiae). Показано, что независимо от природы медиатора он реагирует на вторичные метаболиты, выделяемые клеткой в среду на разных стадиях роста, что открывает возможность управлять характеристиками биоанодов в микробных топливных элементах. Проанализировано влияние условий электрохимического эксперимента на получаемые характеристики моно- и биметаллических платиносодержащих катализаторов, используемых в метанольных топливных элементах. Показано, что за счет особенности кинетики реакции электрооксления метанола, включающей целый ряд химических рН-зависимых стадий, сопоставление активностей моно- и биметаллических катализаторов, а также катализаторов сложного состава между собой, можно проводить только в строго определенных условиях электрохимической процедуры, не меняющей концентрацию основной токопределяющей частицы – гемдиолят иона. В процессе работы разработана технология изготовления однофазных порошков ScYSZ с требуемой морфологией частиц для метода АОВ. Отработана методика формирования методом аэрозольного осаждения в вакууме (АОВ) газоплотных пленок и покрытий из полученных порошков ScYSZ на подложках из анодного кермета (NiO/Zr0.84Y0.16O1.92(YSZ)). Разработан метод изготовления пористых покрытий из YSZ из смесей порошков YSZ и порообразователя путем аэрозольного осаждения в вакууме. Показано, что увеличение массовой доли порообразователя в исходной смеси для АОВ свыше 8% приводит к образованию дефектов покрытия: крупных пор диаметром 10-40 мкм. В результате работ получены полуэлементы анод-несущей конструкции, которые далее будут использованы для создания макетов планарных ячеек ТОТЭ анод-несущей конструкции. Полученные пористые покрытия могут служить основой для формирования электродных слоев ТОТЭ с развитой поверхностью, например, с помощью метода инфильтрации. Методом циклической вольтамперометрии проведено сравнительное исследование чувствительности исходного и покрытого малослойными графеновыми структурами стеклоуглеродного, пленочного и компактного допированных бором алмазных электродов по отношению к следовым количествам допамина и аскорбиновой кислоты и формальдегида в водных электролитах. Показано, что наилучшее отношение сигнал/шум для указанных органических веществ реализуется на компактном алмазном электроде для двух вариантов его модификации: путём плазмоэлектрохимической обработки, либо декорированием его поверхности нанопроволокой сплава NiPd.