ИСТИНА

На данный момент наиболее энергоемкими вторичными ХИТ являются литий-ионные аккумуляторы, тем не менее их максимальная плотность энергии всё ещё оказывается недостаточной для некоторых приложений, в частности для осуществления пробега электромобилей на большие расстояния без подзарядки. В связи с этим активно ведутся разработки металл-воздушных ХИТ на основе Li, Zn, Mg и Al, которые способны обеспечить плотность энергии, в несколько раз превышающую таковую для литий-ионных аккумуляторов. Среди металл-воздушных аккумуляторов магний-воздушный ХИТ является одним из наиболее привлекательных благодаря высокому значению теоретического напряжения и емкостным характеристикам, а также использованию безопасных и недорогих компонентов. 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, среди которых, согласно литературным данным, могут присутствовать Mg(OH)2, MgO, MgO2 или Mg(O2)2. 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 (предположительно MgO), однако этот эффект малоизучен и требует дополнительных исследований, включающих в себя установление химического состава продуктов и природу элементарных стадий разряда, в том числе в присутствии йодного медиатора. Таким образом, целью работы являлось установление химического состава продуктов разряда Mg-O2 ячейки с электролитом на основе ДМСО, а также исследование влияния на продукты разряда йодного медиатора. Задачи включали в себя исследование методом ЦВА элементарных стадий восстановления кислорода, в том числе в присутствии йодного медиатора, в электролите 0.1 М Mg(ClO4)2 в ДМСО; исследование растворимости и предполагаемых продуктов разряда (MgO, MgO2) в системах I2/ДМСО при комнатной температуре и определение порядка и кинетических констант соответствующих реакций методами спектрофотометрии и рентгенофазового анализа (РФА); определение состава продуктов разряда на положительном электроде Mg-O2 ячейки (в том числе в присутствии йодного медиатора) методом РФА и РФЭС. Результаты исследования свидетельствуют о том, что в отсутствии йодного медиатора 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 Mg(O2)2 среди продуктов разряда. По результатам циклической вольтамперометрии предложены элементарные стадии восстановления О2 в электролите 0.1 М Mg(ClO4)2 в ДМСО: образование Mg(O2)2 с дальнейшим восстановлением до MgO2. В присутствии I2 дополнительно наблюдается процесс обратимого восстановления йода до иодида, через промежуточную стадию образования трийодида (I3-), что не оказывает существенного влияния на кислородные процессы. Для исследования растворимости пероксида магния в йодных растворах в ДМСО, на основании сравнения различных найденных в литературе способов, была предложена оптимальная методика синтеза пероксида магния с использованием сульфата магния и перекиси водорода как ключевых реагентов. Полученный посредствам данной методики продукт охарактеризован методом РФА в соответствии с расчётной дифрактограммой данного соединения. Методом спектрофотометрии и РФА установлен факт растворения предполагаемых продуктов разряда (MgO, MgO2) в растворах I2 в ДМСО при комнатной температуре. А также по обеим реакциям со сходимостью 96% к оксиду и 97% к пероксиду был установлен первый порядок. Также для них были рассчитаны константы скорости реакций.