1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Электрохимия
  4. T. 59, № 12, 2023

Электрохимия, 2023, T. 59, № 12, стр. 824-833

Влияние свойств положительного электрода на время активации резервных химических источников тока системы свинец–хлорная кислота–диоксид свинца

П. А. Щеглов a, Д. А. Самсонов a, *, А. Б. Павленков a, Т. Л. Кулова b, **, А. Ю. Рычагов b, Н. Ф. Никольская b, А. А. Ширяев b, А. М. Скундин b

a Акционерное общество “Научно-производственное объединение “Прибор” им. С.С. Голембиовского”
Москва, Россия

b Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН
Москва, Россия

* E-mail: d@samsonov-work.ru
** E-mail: tkulova@mail.ru

Поступила в редакцию 10.02.2023
После доработки 12.04.2023
Принята к публикации 17.04.2023

Аннотация

Изучено влияние физико-химических свойств покрытий катодов на время активации резервных химических источников тока системы свинец–хлорная кислота–диоксид свинца. Покрытия катодов диоксидом свинца, полученные в различных условиях, охарактеризованы методами растровой электронной микроскопии, рентгеноспектрального микроанализа, рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии, эталонной контактной порометрии. Показано, что улучшение эксплуатационных характеристик источников тока, в том числе обеспечение малого времени их активации при пониженной температуре, возможно с применением нанопористого покрытия диоксидом свинца. Для оценки применимости катодов для изготовления источников тока с минимальным временем активации применен диагностический принцип, основанный на испытаниях катодов методом хронопотенциометрии при гальваностатическом разряде. Изготовлены и испытаны опытные промышленные образцы малогабаритных резервных источников тока указанной электрохимической системы с рекордно малым временем активации (менее 30 мс при температуре –50°С).

Ключевые слова: диоксид свинца, свинец, хлорная кислота, растровая электронная микроскопия, рентгеноспектральный микроанализ, рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия, эталонная контактная порометрия, хронопотенциометрия, резервный химический источник тока, разрядные кривые, время активации

Список литературы

  1. Bagotsky, V.S., Skundin, A.M., and Volfkovich, Yu.M., Electrochemical Power Sources: Batteries, Fuel Cells, and Supercapacitors, Hoboken, N.J.: John Willey & Sons, Inc, 2015. 400 p.

  2. Голембиовский, В.С., Есиев, Р.У., Колпащиков, Ю.В., Павленков, А.Б., Чижевский, О.Т. Энергосодержащий источник тока. Пат. 2487313 (Россия), 2012. [Golembiovskij, V.S., Esiev, R.U., Kolpashchikov, J.V., Pavlenkov, A.B., and Chizhevskij, O.T., Energy-containing source of current, Patent 2487313 (Russia), 2012.]

  3. Кузнецов, Н.С. Ампульный химический источник тока для артиллерийcких боеприпасов. Пат. 2708770 (Россия), 2019. [Kuznetsov, N.S., Ampoule chemical source of current for artillery ammunition, Patent 2708770 (Russia), 2019.]

  4. Hein, R., Aktivierbare Batterie, Patent 102019002504 (Deutschland), 2019.

  5. Brickwedde, L.H., Properties of Aqueous Solutions of Perchloric Acid, J. Res. Nat. Bur. Stand., 1949, vol. 42, p. 309.

  6. Терешин, А.И., Токарев, В.А., Удовиченко, В.Н., Пинчуков, З.Н., Баклашов, Д.И., Крюков, А.В., Апухтина, Н.Б., Иванишин, А.А. Ампульный источник тока. Пат. 2728089 (Россия), 2020. [Tereshin, A.I., Tokarev, V.A., Udovichenko, V.N., Pinchukov, Z.N., Baklashov, D.I., Kryukov, A.V., Apukhtina, N.B., and Ivanishin, A.A., Ampoule current source. Patent 2728089 (Russia), 2020.]

  7. Шпекина, В.И. Разработка технологии электроосаждения диоксида свинца на различные подложки в ультразвуковом поле. Дис. … канд. техн. наук. Саратов: ФГБОУ ВО “Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.”, 2016. 136 с. [Shpekina, V.I., Development of technology of electrodepotion of lead dioxide onto various substrates in ultrasouic field. Dissertation. Saratov: The Saratov State Technical University named after Gagarin Yu.A. (in Russian), 2016, 136 p.]

  8. Шпекина, В.И., Савельева, Е.А., Горбачева, Е.Ю., Соловьева, Н.Д. Положительный электрод для резервного источника тока. Электрохим. энергетика. 2014. Т. 14. С. 214. [Shpekina, V.I., Savelieva, E.A., Gorbacheva, E.Y., and Solov’eva, N.D., Positive electrode for reserve chemical current source, Elektrokhim. Energetika (in Russian), 2014, vol. 14, p. 214.]

  9. Горбачев, Н.В. Технология формирования анодных слоев электродов резервных источников тока с хлорной кислотой. Дис. … канд. техн. наук. Саратов: ФГБОУ ВО “Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.”, 2011. 127 с. [Gorbachev, N.V., Technology of formation of anode layers of electrodes of reserve current sources with chloric acid. Dissertation. Saratov: The Saratov State Technical University named after Gagarin Yu.A. (in Russian), 2011, 127 p.]

  10. Горбачев, Н.В., Горбачева, Е.Ю., Соловьева, Н.Д., Краснов, В.В. Анодное поведение электролитически осажденных свинца и цинка в растворе хлорной кислоты и возможность их использования в качестве анодов в резервных источниках тока. Электрохим. энергетика. 2011. Т. 11. С. 154. [Gorbachev, N.V., Gorbacheva, E.Yu., Solov’eva, N.D., and Krasnov, V.V., Anode behavior in chloric acid solution of electrolytically deposited lead and zinc and feasibility of their use as anodes in reserve current sources, Elektrokhim. Energetika (in Russian), 2011, vol. 11, p. 154.]

  11. Горбачев, Н.В., Горбачева, Е.Ю., Соловьева, Н.Д., Краснов, В.В., Федоров, Ф.С. Влияние предварительной обработки поверхности на электрохимические характеристики свинцового покрытия. Вестн. Саратов. гос. техн. ун-та. 2011. № 4(49). Выпуск 1. С. 83. [Gorbachev, N.V., Gorbacheva, E.Yu., Solov’eva, N.D., Krasnov, V.V., and Fedorov, F.S., Surface pretreatment influence on lead coatings electrochemical characteristics, Vestnik Saratov. gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta (in Russian), 2011, no. 4(49), issue 1, p. 83.]

  12. ГОСТ 9.305–84. Единая система защиты от коррозии и старения. Покрытия металлические и неметаллические неорганические. Операции технологических процессов получения покрытий: межгосударственный стандарт: издание официальное. Москва: ИПК Изд-во стандартов, 2003. [GOST 9.305–84. Unified system of corrosion and ageing protection. Metal and non-metal inorganic coatings. Technological process operations for coating production: interstate standard: official publication (in Russian). Moscow, 2003.]

  13. ГОСТ 9.302–88. Единая система защиты от коррозии и старения. Покрытия металлические и неметаллические неорганические. Методы контроля: межгосударственный стандарт: издание официальное. Москва: ИПК Изд-во стандартов, 2001. [GOST 9.302–88. Unified system of corrosion and ageing protection. Metal and non-metal inorganic coatings. Control methods: interstate standard: official publication (in Russian). Moscow, 2001.]

  14. Вольфкович, Ю.М., Пономарев, Ив.И., Сосенкин, В.Е., Пономарев, И.И., Скупов, К.М., Разоренов, Д.Ю. Исследование пористой структуры нановолокнистых электроспиннинговых материалов на основе полиакрилонитрила методом эталонной контактной порометрии. Физикохимия поверхности и защита материалов. 2019. Т. 55. № 1. С. 100. [Vol’fkovich, Yu.M., Ponomarev, Iv.I., Sosenkin, V.E., Ponomarev, I.I., Skupov, K.M., and Razorenov, D.Yu., A porous structure of nanofiber electrospun polyacrylonitrile-based materials: a standard contact porosimetry study, Prot. Met. Phys. Chem., 2019, vol. 55, p. 195.]

  15. Velichenko, A.B., Amadelli, R., Baranova, E.A., Girenko, D.V., and Danilov, F.I., Electrodeposition of Co-doped lead dioxide and its physicochemical properties, J. Electroanal. Chem., 2002, vol. 527, p. 56.]

  16. Mahalingam, T., Velumani, S., Raja, M., Thanikaikarasan, S., Chu, J.P., Wang, S.F., and Kim, Y.D., Electrosynthesis and characterization of lead oxide thin films, Mater. Charact., 2007, vol. 58, p. 817.]

  17. Михайленко, В.Г., Антонов, А.В. Исследование процесса электроосаждения диоксида свинца из щелочных электролитов. Гальванотехника и обработка поверхности. 2014. Т. 22. № 2. С. 29. [Mykhaylenko, V.G. and Antonov, A.V., A Study of the electrodeposition of lead dioxide from alkaline baths – Deposition process and coating quality, Gal’vanotekhnika i obrabotka poverkhnosti (in Russian), 2014, vol. 22, no. 2, p. 29.]

  18. Гиренко, Д.В., Груздева, Е.В. Физико-химические свойства диоксида свинца, осажденного из метансульфонатного электролита. Вопросы химии и хим. технологии. 2011. № 4(1). С. 129. [Girenko, D.V. and Gruzdeva, E.V., Physico-chemical properties of lead dioxide deposited from methanesulfonate electrolyte, Voprosy khimii i khimicheskoi tekhnologii (in Russian), 2011, no. 4(1), p. 129.]

  19. Li, X., Pletcher, D., and Walsh, F.C., Electrodeposited lead dioxide coatings, Chem. Soc. Rev., 2011, vol. 40, p. 3879.

  20. Xu, H., Li, J., Yan, W., and Chu, W., Preparation and characterization of titanium based PbO2 electrodes doped with some common elements, Rare Met. Mater. Eng., 2013, vol. 42, p. 885.

  21. Li, Q., Zhang, Q., Cui, H., Ding, L., Wei, Z., and Zhai, J., Fabrication of cerium-doped lead dioxide anode with improved electrocatalytic activity and its application for removal of Rhodamine B, Chem. Eng. J., 2013, vol. 228, p. 806.

  22. Girenko, D.V., Velichenko, A.B., Mahe, E., and Devilliers, D., Electrodeposition of thin electrocatalytic PbO2 layer on fluorine-doped tin oxide substrates, J. Electroanal. Chem., 2014, vol. 712, p. 194.

  23. Pavlov, D. Lead-Acid Batteries: Science and Tecnology: A Handbook of Lead-Acid Battery Technology and Its Influence on the Product, 2nd Ed., Amsterdam, Oxford, Cambridge: Elsevier, 2017. 720 p.

  24. Shmychkova, O., Luk’yanenko, T., Velichenko, A., Meda, L., and Amadelli, R., Bi-doped PbO2 anodes: Electrodeposition and physico-chemical properties, Electrochim. Acta, 2013, vol. 111, p. 332.

  25. Лукьяненко, Т.В., Шмычкова, О.Б., Величенко, А.Б. Влияние ионных добавок на электроосаждение диоксида свинца из метансульфонатных электролитов. Вопросы химии и хим. технологии. 2015. Т. 3 (101). С. 23. [Luk’yanenko, T.V., Shmychkova, O.B., and Velichenko, A.B., The influence of ionic dopants on PbO2 electodeposition from methanesulfonate electrolytes, Voprosy khimii i khimicheskoi tekhnologii (in Russian), 2015, vol. 3 (101), p. 23.]

  26. Pavlov, D., Balkanov, I., Halachev, T., and Rachev, P., Hydration and amorphization of active mass PbO2 particles and their influence on the electrical properties of the lead-acid battery positive plate, J. Electrochem. Soc., 1989, vol. 136, p. 3189.

  27. Pavlov, D., The lead-acid battery lead dioxide active mass: A gel–crystal system with proton and electron conductivity, J. Electrochem. Soc., 1992, vol. 139, p. 3075.

  28. Pavlov, D., Influence of crystal and gel zones on the capacity of the lead dioxide active mass, J. Power Sources, 1992, vol. 40, p. 169.

  29. Vetter, K.J., Elektrochemische Kinetik, Berlin, Heidelberg: Springer-Verlag GmbH, 1961. 698 S.

  30. ГОСТ Р 58593–2019. Источники тока химические. Термины и определения: национальный стандарт Российской Федерации: издание официальное. Москва: Стандартинформ, 2019. [GOST R 58593–2019. Primary and secondary cells and batteries. Vocabulary: national standard of the Russian Federation: official publication (in Russian). Moscow, 2019.]

Дополнительные материалы

скачать ESM.zip
Приложение 1.
Рис. S1. Рентгеновские фотоэлектронные спектры для покрытия диоксида свинца, полученного по режиму 1.
Рис. S2. Рентгеновские фотоэлектронные спектры для покрытия диоксида свинца, полученного по режиму 2.
Рис. S3. Рентгеновские фотоэлектронные спектры для покрытия диоксида свинца, полученного по режиму 3.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Электрохимия

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал