Том 60, № 11 (2024): Спецвыпуск “Электрохимия-2023”, часть 2

Оксиды меди в сочетании с другими материалами, например оксидом цинка, рассматриваются в качестве перспективных материалов для фотокаталитических процессов окисления органических примесей или фотоэлектрохимического разложения воды. Одним из способов одностадийного получения оксидных структур сложного состава является анодное окисление сплавов. Оценка фотокаталитической или фотоэлектрохимической активности полученных материалов возможна по фотоэлектрохимическим параметрам – величине фототока или фотопотенциала, генерируемых при освещении. Цель работы – определить эффективность применения оксидов Cu(I), анодно сформированных в щелочном растворе на сплавах системы Cu-Zn с концентрацией цинка от 34 до 50 ат. %, в процессе фотоэлектрохимического разложения воды. Элементный состав сплавов определен при помощи энергодисперсионного микроанализа. С ростом концентрации цинка в исследуемом диапазоне концентраций фазовый состав меняется от á- до β-фазы, что подтверждено результатами рентгеновской дифрактометрии. Изменение состава и структуры сплава находит отражение и в фотоэлектрохимических параметрах анодно сформированных на нем оксидных пленок. Наиболее перспективным материалом для фотоэлектрокаталитических превращений является оксидная пленка, анодно сформированная в 0.1 M KOH на сплаве с концентрацией цинка 50 ат. % и структурой β-фазы. При сравнительно невысокой концентрации дефектов в ней регистрируются наибольшие значения фототока при довольно высоком значении квантовой эффективности.

С использованием методики электрохимических измерений на электродах с механически обновляемой поверхностью исследовано поведение графитового электрода в водных растворах поверхностно-неактивных электролитов. Установлена область потенциалов, в которой данный электрод ведет себя как идеально-поляризуемый. Измеренные в этом интервале потенциалов емкостные кривые имеют характерные особенности: при потенциалах, отвечающих положительным зарядам поверхности (σ > 0), величины емкости двойного электрического слоя графитового электрода примерно в 1.5–2 раза ниже аналогичных величин, наблюдаемых на типичных ртутеподобных металлах; в то же время при смещении потенциала в область, отвечающую отрицательным зарядам поверхности (σ < 0), имеет место тенденция сближения (практического слияния) указанных выше величин. Анализ полученных данных показал, что характерные особенности емкостных кривых на графитовом электроде связаны с полупроводниковыми свойствами материала этого электрода. Предложен и обоснован новый подход к модельному описанию экспериментальных данных, который позволил оценить такие важные с точки зрения полупроводниковых свойств параметры материала исследованного электрода, как потенциал плоских зон и концентрация носителей заряда в зоне проводимости.

Развитие ванадиевых проточных батарей требует разработки новых материалов для повышения их эксплуатационных характеристик. На сегодняшний день исследования электродных материалов для данных накопителей сосредоточены в области повышения удельной мощности и энергоэффективности. Как известно, энергоэффективность можно увеличить за счет снижения поляризации электродов вследствие потерь на транспорт ионов-переносчиков заряда между полуэлементами, и этого можно добиться, если расположить электрохимически активный слой непосредственно вблизи поверхности мембраны. В данной работе предлагается применение для этой цели двуслойных композитных электродов, где активный слой будет располагаться непосредственно у границы электрод/мембрана. При использовании в качестве активного слоя сажи CH210 со связующим PVDF при плотности покрытия 20 мг/см² сохраняется КПД по энергии на уровне 79.6% при плотности тока 150 мА/см², однако увеличение толщины нанесенного слоя при этом приводит к снижению разрядной емкости до 1% от исходной емкости, полученной на электродах без покрытия при плотности тока 25 мА/см². Таким образом, создание активного слоя на поверхности коммерчески доступного материала GFD4.6 EA методом распыления аэрографом представляет собой достаточно простой способ повышения КПД заряд-разрядного цикла ячейки ванадиевой проточной батареи.