Физико-химические свойства и функционирование отрицательных электродов с покрытиями на основе свинца в составе резервных химических источников тока

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Методами атомно-силовой микроскопии, растровой электронной микроскопии, рентгенофазового анализа, вольтамперометрии, хронопотенциометрии изучены физико-химические свойства покрытия свинца на стальных подложках, полученного гальваническим методом. Изучено влияние поверхностного окисленного слоя и сквозных пор в свинцовом покрытии на функционирование данного покрытия в качестве анода химических источников тока. Показано, что при положительных температурах процесс анодного окисления стальной подложки может вносить вклад в функционирование анода при разряде. Высокие разрядные характеристики анодов с покрытием свинца без применения барьерных слоев на стальной подложке при температуре от –50 до +50°C подтверждены испытаниями опытных партий резервных источников тока системы Pb/HClO4/PbO2. Продемонстрирована перспективность применения сплава олово-свинец ПОС 63 на медной подложке для изготовления анодов химических источников тока.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

П. А. Щеглов

Акционерное общество “Научно-производственное объединение “Прибор” им. С. С. Голембиовского”

Автор, ответственный за переписку.
Email: godforsaken@inbox.ru
Россия, Москва, 117587

Д. А. Самсонов

Акционерное общество “Научно-производственное объединение “Прибор” им. С. С. Голембиовского”

Email: godforsaken@inbox.ru
Россия, Москва, 117587

А. Б. Павленков

Акционерное общество “Научно-производственное объединение “Прибор” им. С. С. Голембиовского”

Email: godforsaken@inbox.ru
Россия, Москва, 117587

Т. Л. Кулова

Институт физической химии и электрохимии им. А. Н. Фрумкина РАН

Email: tkulova@mail.ru
Россия, Москва, 119071

А. Ю. Рычагов

Институт физической химии и электрохимии им. А. Н. Фрумкина РАН

Email: tkulova@mail.ru
Россия, Москва, 119071

А. М. Скундин

Институт физической химии и электрохимии им. А. Н. Фрумкина РАН

Email: tkulova@mail.ru
Россия, Москва, 119071

Е. Ю. Постнова

Институт физики твердого тела им. Ю. А. Осипьяна РАН

Email: tkulova@mail.ru
Россия, Черноголовка, Московская область, 142432

Список литературы

  1. Wong C., Yang E., Yan X.-T., Gu D. // Syst. Sci. Control Eng. 2018. V. 6. № 1. P. 213. https://doi.org/10.1080/21642583.2018.1477634
  2. Handbook of Batteries / Ed.D. Linden and T.B. Reddy. New York, Chicago, etc.: McGraw-Hill, 2002. 1453 p.
  3. Bagotsky V.S., Skundin A.M., Volfkovich Yu.M. Electrochemical Power Sources: Batteries, Fuel Cells, and Supercapacitors. Hoboken, N.J.: John Willey & Sons, 2015. 400 p. https://doi.org/10.1002/9781118942857
  4. Yoon S.-H., Son J.-T., Oh J.-S. // J. Power Sources. 2006. V. 162. № 2. P. 1421. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2006.07.051
  5. Lead is not dead: Three Ways that Lead Can Prove its Place in the Energy Transition. Wood Mackenzie, UK. Текст: электронный // www.woodmac.com: [сайт]. 2020. 16 июня. URL: woodmac.com/news/opinion/lead-is-not-dead (дата обращения: 29.03.2024).
  6. Riegel B. Lead is not dead – It’s a Critical Foundation for Europe’s low Carbon Future. Hoppecke Batterien GmbH & Co. KG, BRD. Текст: электронный // chargethefutere.org: [сайт]. 2020. 19 окт. URL: https://chargethefutere.org/blog/lead-is-not-dead-its-a-critical-foundation-for-europes-low-carbon-future (дата обращения: 29.03.2024).
  7. The world lead Factbook 2023. International Lead and Zinc Study Group, Portugal. Текст: электронный // www.ilzsg.org: [сайт]. 2023. URL: https://www.ilzsg.org/wp-content/uploads/SitePDFs/1_ILZSG%20World%20Lead%20Factbook%202023.pdf (дата обращения: 29.03.2024).
  8. White J.C., Power W.H., McMurtrie R.L., Pierce Jr.R.T. // Trans. Electrochem. Soc. 1947. V. 91. № 1. P. 73. https://doi.org/10.1149/1.3071768
  9. Brook P.A., Davies A.E. The Tin-Lead Dioxide Reserve Cell // J. Appl. Chem. 1956. V. 6. № 4. P. 174. https://doi.org/10.1002/jctb.5010060409
  10. Schrodt J.P., Otting W.J., Schoegler J.O., Craig D.N. // Trans. Electrochem. Soc. 1946. V. 90. № 1. P. 405–417. https://doi.org/10.1149/1.3071755
  11. Шпекина В.И., Савельева Е.А., Горбачева Е.Ю., Соловьева Н.Д. // Электрохимическая энергетика. 2014. Т. 14. № 4. С. 214. https://doi.org/10.18500/1608-4039-2014-14-4-214-217
  12. 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.
  13. Щеглов П.А., Самсонов Д.А., Павленков А.Б. и др. // Электрохимия. 2023. Т. 59. № 12. С. 824. https://doi.org/10.31857/S0424857023120125 [Shcheglov P.A., Samsonov D.A., Pavlenkov A.B. et al. // Russ. J. Electrochem. 2023. V. 59. № 12. P. 1062. https://doi.org/10.1134/S1023193523120121]
  14. Щеглов П.А., Самсонов Д.А., Павленков А.Б. и др. // Журн. физ. химии. 2023. Т. 97. № 12. С. 1783. https://doi.org/10.31857/S0044453723120269 [Shcheglov P.A., Samsonov D.A., Pavlenkov A.B. et al. // Russ. J. Phys. Chem. A. 2023. V. 97. № 12. P. 2836. https://doi.org/10.1134/S0036024423120269]
  15. Shcheglov P.A., Samsonov D.A., Pavlenkov A.B. et al. // Chimica Techno Acta. 2024. V. 11. № 1. Article № 202411103. https://doi.org/10.15826/chimtech.2024.11.1.03
  16. Shcheglov P.A., Samsonov D.A., Pavlenkov A.B. et al. // Russ. J. Phys. Chem. A. 2024. V. 98. № 6. P. 1322. https://doi.org/10.1134/S0036024424700328
  17. Горбачев Н.В., Горбачева Е.Ю., Соловьева Н.Д., Краснов В.В. // Электрохимическая энергетика. 2011. Т. 11. № 3. С. 154. https://doi.org/10.18500/1608-4039-2011-11-3-154-157
  18. Горбачев Н.В., Горбачева Е.Ю., Соловьева Н.Д. и др. // Вестн. Саратовского гос. техн. ун-та. 2011. № 4 (49). Вып. 1. С. 83.
  19. 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.
  20. Справочник по электрохимии / Под ред. А.М. Сухотина. Л.: Химия, 1981. 488 с.
  21. Judd M., Brindley K. Soldering in electronics assembly. 2nd ed. Elsevier, 1999. 369 p. https://doi.org/10.1016/B978-0-7506-3545-5.X5000-6
  22. 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 Издательство 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.]
  23. 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.]
  24. Pletcher D., Zhou H., Kear G. et al. // J. Power Sources. 2008. V. 180. № 1. P. 621. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2008.02.024
  25. Leygraf C., Wallinder I.O., Tidblad J., Graedel T. The Atmospheric Corrosion Chemistry of Lead / Atmospheric Corrosion. 2nd Edition. Hoboken NJ, John Wiley & Sons. 2016. Appendix G.P. 316. https://doi.org/10.1002/9781118762134
  26. Graedel T.E. // J. Electrochem. Soc. 1994. V. 141. № 4. P. 922. https://doi.org/10.1149/1.2054858
  27. Holleman A.F., Wiberg E. Inorganic Chemistry. San Diego, London, etc., Academic Press. 2001. P. 916.
  28. Todd G., Parry E. // Nature. 1964. V. 202. № 4930. P. 386. https://doi.org/10.1038/202386a0
  29. Howie R.A., Moser W. // Nature. 1968. V. 219. № 5152. P. 372. https://doi.org/10.1038/219372a0
  30. Roberts A.C., Stirling J.A.R., Carpenter G.J.C. et al. // Mineral. Mag. 1995. V. 59. № 395. P. 305. https://doi.org/10.1180/minmag.1995.059.395.14
  31. Siidra O.I., Jonsson E., Chukanov N.V. et al. // Eur. J. Mineral. 2018. V. 30. № 2. P. 383. https://doi.org/10.1127/ejm/2018/0030-2723
  32. Olby J.K. // J. Inorg. Nucl. Chem. 1966. V. 28. № 11. P. 2507. https://doi.org/10.1016/0022-1902(66)80373-1
  33. Siidra O., Nekrasova D., Depmeier W. et al. // Acta Cryst. B. 2018. V. B74. № 2. P. 182. https://doi.org/10.1107/S2052520618000768
  34. Кащеев В.Д., Кабанов Б.Н., Лейкис Д.И. // Докл. АН СССР. 1962. Т. 147. № 1. С. 143.
  35. Кабанов Б.Н., Кащеев В.Д. // Докл. АН СССР. 1963. Т. 151. № 4. С. 883.
  36. Séby F., Potin-Gautier M., Giffaut E. et al. // Geochim. Cosmochim. Acta. 2001. V. 65. № 18. P. 3041. https://doi.org/10.1016/S0016-7037(01)00645-7
  37. Gajda T., Sipos P., Gamsjäger H. // Monatsh. Chem. 2009. V. 140. P. 1293. https://doi.org/10.1007/s00706-009-0188-5
  38. Gamsjäger H., Gajda T., Sangster J., Saxena S.K., Voigt W. Chemical Thermodynamics. V. 12: Chemical Thermodynamics of Tin / Ed.J. Perrone. Issy-les-Moulineaux, OECD Nuclear Energy Agency. 2012. 609 p.
  39. ГОСТ Р 58593–2019. Источники тока химические. Термины и определения: Национальный стандарт Российской Федерации: издание официальное. Москва: Стандартинформ, 2019. [GOST R58593–2019. Primary and secondary cells and batteries. Vocabulary: national standard of the Russian Federation: official publication (in Russian). Moscow, 2019.]
  40. Голембиовский В.С., Есиев Р.У., Колпащиков Ю.В. и др. Энергосодержащий источник тока, Патент RU2487313 (Россия). Заявл. 03.02.2012, опубл. 10.07.2013. [Golembiovskij V.S., Esiev R.U., Kolpashchikov Yu.V. et al. Energy-Containing Power Source, Patent RU2487313 (Russia), Applied 03.02.2012, published 10.07.2013]
  41. Набоков Ю.А., Корченков И.А., Трофимов П.В., Павленков А.Б., Самсонов Д.А., Щеглов П.А. Энергосодержащий источник тока, Патент RU2822542 (Россия). Заявл. 18.07.2023, опубл. 09.07.2024. [Nabokov Yu.A., Korchenkov I.A., Trofimov P.V., Pavlenkov A.B., Samsonov D.A., Shcheglov P.A. Energy-containing power source, Patent RU2822542 (Russia). Applied 18.07.2023, published 09.07.2024.]

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Типичный профиль поверхности покрытия свинца на стальной подложке.

Скачать (335KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Изображения поверхности покрытия свинца, полученные методом РЭМ при увеличении 5×103 (а) и 5×104 (б).

Скачать (928KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Дифрактограмма покрытия свинца на стальной подложке в сравнении с литературными данными: а – дифрактограмма в широком диапазоне углов сканирования; б – стандартные данные для металлического свинца (ICDD 96-153-1229); в – фрагмент дифрактограммы в увеличенном масштабе; г, д, е – литературные данные для возможных продуктов коррозии: оксидов и оксогидроксида свинца (г); карбоната и оксокарбонатов свинца (д); гидроксокарбоната и оксогидроксокарбонатов свинца (е); 1 – фаза металлического свинца; 2 – примесные фазы; 3 – глет α-PbO2 (ICDD 5-0561); 4 – массикот β-PbO2 (ICDD 38-1477); 5 – Pb6O4(OH)4 [27–29]; 6 – церуссит PbCO3 (ICDD 47-1734); 7 – шаннонит Pb2O(CO3) [30]; 8 – Pb3O2CO3 (ICDD 17-0731); 9 – хрутфонтейнит Pb3O(CO3)2 [31]; 10 – гидроцеруссит Pb3(OH)2(CO3)2 [32, 33]; 11 – плюмбонакрит Pb5O(OH)2(CO3)3 [32]; 12 – сомерсетит Pb8O(OH)4(CO3)5 [32]; Irel – относительная интенсивность; Θ – угол скольжения.

Скачать (761KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Внешний вид поверхности покрытия свинца на стальной подложке со сквозными порами, проявившимися после обработки раствором реагента в виде пятен темно-синего цвета.

Скачать (841KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Хронопотенциометрические кривые для анодов с покрытиями свинца (1, 2, 3) в сравнении с компактным свинцом (4). Температура испытаний: +25°C (1), –50°C (2, 3, 4). Кривая 3 получена при повторном цикле разряда; E – потенциал; τ – время.

Скачать (185KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Потенциодинамические кривые образцов из стальной ленты 08кп в обычных (а) и полулогарифмических (б) координатах при температуре +25°C (1) и –50°C (2). Обозначение: i – анодная плотность тока.

Скачать (298KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Хронопотенциометрические кривые разряда электрохимических элементов Fe/HClO4/PbO2 (1, 2), Pb/HClO4/PbO2 (3, 4) и (Sn, Pb)/HClO4/PbO2 (5, 6). Температура испытаний: +50°C (1, 3, 5), +25°C (2), –50°C (4, 6); U – напряжение.

Скачать (242KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Хронопотенциометрические кривые для анодов с покрытиями сплавом олово–свинец при температуре +25°C (1) и –50°C (2).

Скачать (174KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Кривые разряда опытных партий источников тока системы Pb/HClO4/PbO2 при температуре +50 (1), +25 (2) и –50°C (3). На вставке приведены начальные участки кривых разряда в увеличенном масштабе по оси времени.

Скачать (165KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025