|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИПМех РАН |
||
Образование/разложение продуктов разряда в магний- кислородных аккумуляторах с апротонным электролитомдипломная работа (Бакалавр)
- Научный руководитель: Захарченко Т.К.
- Автор: Назаров М.А.
- Тип: Бакалавр
- Организация, в которой проходила защита: МГУ имени М.В. Ломоносова
- Год защиты: 2022
- Аннотация: На данный момент активно ведутся разработки металл-воздушных химических источников тока, в том числе на основе Mg, которые обладают высоким значением теоретического напряжения и емкостными характеристиками, используют безопасные и недорогие компоненты, а также способны обеспечить плотность энергии, в несколько раз превышающую таковую для наиболее энергоемких сейчас литий-ионных аккумуляторов. В перезаряжаемой Mg-O2 ячейке с апротонным электролитом в процессе разряда происходит растворение Mg анода, а на катоде протекает восстановление молекулярного кислорода с образованием нерастворимых соединений магния, состав которых в литературе окончательно не установлен. Осаждение этих продуктов на электроде блокирует дальнейшее протекание электрохимических процессов в ячейке, а также существенно затрудняет процесс заряда. Для решения этой проблемы было предложено вводить в состав электролита йодный медиатор, который, по некоторым данным, способен растворять продукт разряда, однако этот эффект малоизучен и требует дополнительных исследований. Таким образом, целью работы являлось установление химического состава и механизма образования продуктов разряда Mg-O2 ячейки с электролитом на основе диметилсульфоксида (ДМСО), а также исследование влияния на продукты разряда йодного медиатора. Задачи включали в себя исследование элементарных стадий восстановления кислорода, в том числе в присутствии йодного медиатора, в электролите 0.1 М Mg(ClO4)2 в ДМСО; исследование растворимости предполагаемых продуктов разряда (MgO, MgO2) в системах I2/ДМСО при комнатной температуре и определение порядка и кинетических констант соответствующих реакций; а также определение состава продуктов разряда на положительном электроде Mg-O2 ячейки. Для изучения механизма восстановления кислорода в присутствии ионов магния использовался метод циклической вольтамперометрии (ЦВА). Состав продукта разряда был исследован с помощью рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС), рентгенофазового анализа (РФА) и ИК- спектроскопии. Кинетику растворения оксида и пероксида магния в йодных растворах в ДМСО изучали при помощи спектрофотометрии. 23 Результаты исследования свидетельствуют о том, что продуктом разряда Mg-O2 ячейки является MgO2, при этом среди продуктов отсутствуют MgO и Mg(OH)2. Кроме того, методы РФЭС и ЦВА указывают на возможное присутствие супероксидной компоненты (MgO2+) среди продуктов разряда. По результатам циклической вольтамперометрии предложены элементарные стадии восстановления О2 в электролите 0.1 М Mg(ClO4)2 в ДМСО: образование ионов O2-, а также MgO2+ с дальнейшим химическим разложением до MgO2. Методом спектрофотометрии установлен факт растворения предполагаемых продуктов разряда (MgO, MgO2) в растворах I2 в ДМСО при комнатной температуре. Причём по обеим реакциям, со сходимостью 96% к оксиду и 97% к пероксиду, был установлен первый порядок. Также для них были рассчитаны константы скорости реакций, составившие 1.2*10-4 c-1 для MgO и 1.45*10-4 с-1 для MgO2. Таким образом, в данной работе был предложен механизм образования и установлен состав продукта разряда Mg-O2 аккумулятора с электролитом на основе ДМСО, а также была показана эффективность йодного медиатора для растворения оксида и пероксида магния при комнатной температуре.
- Добавил в систему: Захарченко Татьяна Константиновна