ИСТИНА

На данный момент наиболее энергоемкими вторичными Химическими Источниками Тока (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 наиболее привлекательных благодаря использованию безопасных и недорогих материалов, высокому значению теоретического напряжения и емкостным характеристикам. Так, Mg–воздушные ХИТ достигают теоретической ёмкости на единицу объёма 3832 А*ч*л−1 против 2062 A*ч*л-1 для Li [1]. 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, образуя комплекс с электролитом, согласно литературным данным [2], способен растворять продукт разряда (по предположению в работе [2] - MgO) по реакции MgO + I2 = Mg2+ + 2I- + 1/2O2, однако этот эффект малоизучен и требует дополнительных исследований, включающих в себя установление химического состава продуктов и природу элементарных стадий восстановления кислорода, в том числе в присутствии йодного медиатора. Таким образом, целью работы являлось установление химического состава 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 методом циклической вольтоамперметрии (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) методами РФА и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС). Результаты исследования РФА и РФЭС 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. Также, в соответствии с последними экспериментальными данными было высказано предположение, что при выдерживании разряженного рабочего электрода на воздухе в течение длительного времени, вне зависимости от состава электролита, в качестве магний-содержащего продукта формируется гидроксид магния Mg(OH)2. 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.