Научная статья на тему 'ПОЛУЧЕНИЕ ПЛЕНОК WO3 НА ТИТАНЕ И ГРАФИТОВОЙ ФОЛЬГЕ МЕТОДОМ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО (КАТОДНОГО) ОСАЖДЕНИЯ ДЛЯ ТОПЛИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ И СУПЕРКОНДЕНСАТОРОВ'

ПОЛУЧЕНИЕ ПЛЕНОК WO3 НА ТИТАНЕ И ГРАФИТОВОЙ ФОЛЬГЕ МЕТОДОМ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО (КАТОДНОГО) ОСАЖДЕНИЯ ДЛЯ ТОПЛИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ И СУПЕРКОНДЕНСАТОРОВ Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

CC BY
120
43
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ТРИОКСИД ВОЛЬФРАМА (WO3) / ПЕРОКСОВОЛЬФРАМОВАЯ КИСЛОТА (ПВК) / КАТОДНОЕ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЕ ОСАЖДЕНИЕ / СУПЕРКОНДЕНСАТОР (CК) / ТОПЛИВНЫЕ ВОДОРОДНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ

Аннотация научной статьи по нанотехнологиям, автор научной работы — Щегольков Алексей В., Липкин М.С., Щегольков Александр В.

Существует множество электрохимических и химических методов, которые подходят для изготовления пленок триоксида вольфрама (WO3). Однако многие из них не были глубоко изучены, поэтому отсутствует информация об особенностях технологии нанесения пленок WO3. В статье рассмотрен метод катодного электроосаждения пленок WO3 из синтезированного раствора пероксовольфрамовой кислоты (ПВК) на поверхность терморасширенного графитового (ТРГ) и титанового электродов, выполненных в виде фольги. Выявлена закономерность стадийного восстановления оксидов вольфрама из ПВК. Экспериментально установлена возможность использования пленочного электрода WO3 в качестве материала для электрохимической энергетики, в частности WO3/Ti - защитное покрытие для водородных топливных элементов; WO3/ТРГ - катодный материал для ассиметричных суперконденсаторов. При помощи зарядно-разрядных кривых WO3/ТРГ-электрода, используемого как катод в свободном объеме электролита 1 M KOH, определена удельная емкость суперконденсатора, которая составила 630 Ф/г. Методом электрохимического анализа, определено, что пленки WO3 на поверхности титана увеличивают перенапряжение водорода и защищают от язвенной коррозии при потенциостатической поляризации при потенциале катода топливного элемента.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

THE PREPARATION WO3 FILMS ON TITANIUM AND GRAPHITE FOIL FOR FUEL SELLS AND SUPERCAPACITORS BY ELECTROCHEMICAL (CATHODIC) DEPOSITION METHOD

There are many electrochemical and chemical methods that are suitable for preparation tungsten trioxide (WO3) films. However, many of them have not been carefully studied, therefore are not information about features of the technology for the deposition of WO3 films. The article WO3 films describe to preparation by cathodic electrodeposition method from a synthesized solution of peroxotungstic acid (PTA) on the surface of thermally expanded graphite (TG) and titanium electrodes made in the form of a foil. Determined the regularity of the step reduction of tungsten oxides from PTA. Experimentally found the use of the WO3 film electrode as a material for electrochemical energy: WO3/Ti - protective coating for hydrogen fuel cells; WO3/TG - cathode material for asymmetric supercapacitors. At the charge-discharge curves of the WO3/TG electrode used as a cathode in free volume of the KOH electrolyte, is specific capacity of supercapacitor was determined, which was 630 F/g. It was determined that WO3 films by methods of electrochemical analysis on the titanium surface increase the hydrogen overvoltage and protecting against pitting corrosion at potentiostatic polarization on the cathode potential of the fuel cell.

Текст научной работы на тему «ПОЛУЧЕНИЕ ПЛЕНОК WO3 НА ТИТАНЕ И ГРАФИТОВОЙ ФОЛЬГЕ МЕТОДОМ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО (КАТОДНОГО) ОСАЖДЕНИЯ ДЛЯ ТОПЛИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ И СУПЕРКОНДЕНСАТОРОВ»

DOI: 10.6060/rcj.2021654.8

УДК: 66.087; 539.23

ПОЛУЧЕНИЕ ПЛЕНОК WO3 НА ТИТАНЕ И ГРАФИТОВОЙ ФОЛЬГЕ МЕТОДОМ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО (КАТОДНОГО) ОСАЖДЕНИЯ ДЛЯ ТОПЛИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ И СУПЕРКОНДЕНСАТОРОВ

А.В. Щегольков, М.С. Липкин, А.В. Щегольков

Южно-Российский Государственный Политехнический Университет (НИИ) имени М.И. Платова ФГБОУ ВО "ЮРГИУ (НИИ) имени М. И. Платова", ул. Просвещения, д. 132, Ростовская область, г. Новочеркасск, Российская Федерация, 346407

E-mail: alexxx5000@mail.ru, lipkin@yandex.ru, energynano@yandex.ru

Существует множество электрохимических и химических методов, которые подходят для изготовления пленок триоксида вольфрама (WO3). Однако многие из них не были глубоко изучены, поэтому отсутствует информация об особенностях технологии нанесения пленок WO3.

В статье рассмотрен метод катодного электроосаждения пленок WO3 из синтезированного раствора пероксовольфрамовой кислоты (ПВК) на поверхность терморасширенного графитового (ТРГ) и титанового электродов, выполненных в виде фольги. Выявлена закономерность стадийного восстановления оксидов вольфрама из ПВК. Экспериментально установлена возможность использования пленочного электрода WO3 в качестве материала для электрохимической энергетики, в частности WO3/Ti - защитное покрытие для водородных топливных элементов; WO3/TPr - катодный материал для асси-метричных суперконденсаторов. При помощи зарядно-разрядных кривых WOз/ТРГ-элек-трода, используемого как катод в свободном объеме электролита 1 M KOH, определена удельная емкость суперконденсатора, которая составила 630 Ф/г. Методом электрохимического анализа, определено, что пленки WO3 на поверхности титана увеличивают перенапряжение водорода и защищают от язвенной коррозии при потенциостатической поляризации при потенциале катода топливного элемента.

Ключевые слова: триоксид вольфрама (WO3), пероксовольфрамовая кислота (ПВК), катодное электрохимическое осаждение, суперконденсатор (CK), топливные водородные элементы

THE PREPARATION WO3 FILMS ON TITANIUM AND GRAPHITE FOIL FOR FUEL SELLS

AND SUPERCAPACITORS BY ELECTROCHEMICAL (CATHODIC) DEPOSITION METHOD

A.V. Shchegolkov, M.S. Lipkin, A.V. Shchegolkov

South-Russian State Polytechnic University (NPI) named after M. I. Platov FGBOU VO "YURSPU (NPI) named after M. I. Platov", Prosveshcheniya str., 132, Rostov region, Novocherkassk, Russian Federation, 346407 E-mail: alexxx5000@mail.ru, lipkin@yandex.ru, energynano@yandex.ru

There are many electrochemical and chemical methods that are suitable for preparation tungsten trioxide (WO3) films. However, many of them have not been carefully studied, therefore are not information about features of the technology for the deposition of WO3 films.

The article WO3 films describe to preparation by cathodic electrodeposition method from a synthesized solution of peroxotungstic acid (PTA) on the surface of thermally expanded graphite (TG) and titanium electrodes made in the form of a foil. Determined the regularity of the step reduction of tungsten oxides from PTA. Experimentally found the use of the WO3 film electrode as a material for electrochemical energy: WO3/T - protective coating for hydrogen fuel cells; WO3/TG - cathode material for asymmetric supercapacitors. At the charge-discharge curves of the WO3/TG

electrode used as a cathode in free volume of the KOH electrolyte, is specific capacity of superca-pacitor was determined, which was 630 F/g. It was determined that WO3 films by methods of electrochemical analysis on the titanium surface increase the hydrogen overvoltage and protecting against pitting corrosion at potentiostatic polarization on the cathode potential of the fuel cell.

Key words: tungsten trioxide (WO3), peroxotungstic acid (PTA), cathodic electrochemical deposition, supercapacitor (SC), hydrogen fuel cells

Для цитирования:

Щегольков А.В., Липкин М.С., Щегольков А.В. Получение пленок WO3 на титане и графитовой фольге методом электрохимического (катодного) осаждения для топливных элементов и суперконденсаторов. Рос. хим. ж. (Ж. Рос. хим. об-ва). 2021. Т. LXV. № 4. С. 49-55

For citation:

Shchegolkov A.V., Lipkin M.S., Shchegolkov A.V. The preparation WO3 films on titanium and graphite foil for fuel sells and supercapacitors by electrochemical (cathodic) deposition method. Ros. Khim. Zh. 2021. V. 65. N 4. P. 49-55

ВВЕДЕНИЕ

Синтез наноразмерных оксидных пленок [1], является актуальным для целого ряда задач материаловедения, нанотехнологий и электрохимической энергетики, в частности: получение новых композиционных материалов для электрохромных устройств [2]; тонкопленочных электродов для суперконденсаторов (СК) и химических источников тока (ХИТ), используемых в современных электронных устройствах [3-5]; функциональные покрытия для топливных элементов, повышающих срок их службы и эксплуатационные характеристики [5]. В этой связи очень перспективным находят WOз [6, 7], который обладает рядом уникальных свойств [1-3], поскольку кристаллы WOз представляют перовскитоподобные атомные конфигурации, основанных на общих углах октаэдров WO6, отклонения от кубической перовсктитопо-добной структуры соответствует антисегнетоэлек-трическим смещениям атомов W и взаимным поворотам кислородных октаэдров. Благодаря чему, возможно создать как функциональные, так и защитные пленки, в основе которых лежит принцип обратимого включении ионов M=Li, ^ Rb и Сs ^ радиусами ионов 0,06; 0,095; 0,133; 0,148 и 0,169 нм соответственно), т.е. с образованием вольфрамовой бронзы MxWOз то структурой перовскита. Обратимый процесс внедрения ионов в структуру MxWOз возможен благодаря электрохимическим реакциям, которые делают процесс управляемым, а разнообразие ионов адаптирует пленки под различные технические решения. В общем виде электрохимическую реакцию для MxWOз можно записать следующим образом:

WOз +хе +хМ+ ^ Мх, X < 0,3 (1)

Обширная группа фаз, так называемые «фос-фатно-вольфрамовые бронзы», представляют собой

тройные оксиды, содержащие фосфатные группы, а не бронзы. Они описаны в терминах октаэдриче-ских и тетраэдрических многогранников, из которых они построены, и указана их связь со структурой Mo4Oll [7]. WOз кристаллизуется в моноклинной структуре (m-WOз) и легко теряет O в восстановительных условиях [8]. Тонкие пленки нано-структурированные пленки WOз характеризуются высокой пористостью и большой площадью поверхности, в результате чего основанные на них устройства превосходят по быстродействию устройства, основанные на аморфных или поликристаллических аналогах таких плёнок [9].

Электрохромные пленки WOз могут быть получены различными физическими и химическими методами, наиболее изучено осаждение WOз пленок на прозрачный !ТО-электрод (In2Oз)0,9-(SnO2)), например известны следующие методы: магнетронное напыление [10], золь-гель метод [11], химическое осаждение из паровой фазы [12], электрохимическое осаждение [13], спрей-пиролиз [14] и др. Одним из наиболее простых и экономичных методов, позволяющих получать пленки WOз на токопроводящих подложках, при этом обладающий хорошей воcпроизводимостью электро-хромных свойств, является электрохимическое (катодное) осаждение [15-17]. Электрохимические технологии [18-20] синтеза слоев WOз являются перспективными в плане производительности и возможности управления процессом [21-23]. При этом есть большой объем информации и анализ электрохромных свойств [24, 25] WOз на прозрачных токопроводящих электродах (ITO или FTO), однако, отсутствуют сведения об электроосаждении WOз на поверхности других токопроводящих материалах, а также их электрохимические свойства.

A. V. Shchegolkov, M.S. Lipkin, A. V. Shchegolkov

Поэтому це лью данно й рабо ты я вля е тся исследование закономерности электроосаждения WO3, аналис свойств нанесенных покрысий, а та кже определения эффективности их применения ка к защияных по ояношению к условиям рабояы тиса на в то пливно м эле ме нте , так и в качестве электрода для СК. Исходя из этого, были сформулированы следующие задачи:

1. Синтез ПВК для получения пленок WO3 на поверхности титана и ТРГ-электрода.

2. Исследование метода электрохимического (катодного) осаждения для электродов различной природы.

3. Исследование влияния токопроводящей подложки на процесс формирования пленок WO3.

4. Исследование электрохимических свойств полученных пленок на титановом и ТРГ-электро-дах, в качестве пленочных катодных материалов для топливных элементов и СК соответственно.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Для синтеза пленок WO3 были использованы следующие материалы: нанопорошок W (чистота 99,55 %, размер частиц 40-70 нм, удельная площадь поверхности 6 м2/г) производитель ООО «Плазмотерм» (РФ, г. Москва), перекись водорода (30 % H2O2) производитель ООО «Плазмотерм» (РФ, г. Москва). Изопропиловый спирт абсолютированный (~ 99,93%) ООО «Плазмотерм» (РФ, г. Москва). Перед осаждением поверхность титана тщательно промывалась в ацетоне, а затем обезжиривалась в изопропиловом спирте. Для исключения влияния изопропилового спирта на поверхность титана использовали 30% C3H8O, при этом процентное содержание изопропилового спирта в растворе ПВК, используемого в качестве буферной добавки, также не превышала 30%.

ТРГ (рис. 1) - углеродный материал (более 98% углерода), при этом отсутствуют смолы и неорганические наполнители. ТРГ, получен в результате термоудара (рис. 1б) графитовых слоев и дальнейшего выпаривания интеркалята, а также молекул воды. При этом интеркалированный графит увеличивается в объеме, что приводит к выталкиванию графитовых слоев и образованию многослойного ТРГ в виде высокопористых «червячков», находящихся в свободной связке (рис. 1а).

Безусловно, одними из главных свойств ТРГ являются упругость и сжимаемость, эти характеристики как раз и отличают ТРГ от обычного графита. При умеренном сжатии из ТРГ получают пенообразный материал, а, напротив, при высоком сжатии (и при частом наслоении) получают гибкую графитовую фольгу.

a б

Рис. 1. Микроструктура ТРГ а - после термоудара; б - деформированный от центра к краям

Испытания на коррозию Вольтамперные зависимости получили в трехэлектродной ячейке с хлорсеребряным электродом сравнения и вспомогательным титановым электродом при скорости развертки потенциала 1 мВ/с и температуре 80 °С. Также использовалась ячейка с патрубком для пропускания кислорода (рис. 2). Потенциостатическое тестирование проводили при потенциале 1,6 В. При этом в качестве электролита использовали раствор 1М H2SO4 c добавлением плавиковой кислоты в количестве 20 ppm [26]. Измерения проводили на потенциостате P20X8 ООО Элинс (РФ, г. Черноголовка).

Рис. 2. Ячейка для испытаний (с патрубком)

Получение пленок WO3 электрохимическим (катодным) осаждением

В основе метода лежит катодное восстановления ПВК, который получают путем смешивания (рис. 3) прекурсора W (наноразмерный металлический порошок, 30-70 нм) c концентрированным 30% H2O2. Поэтому, образование пленок WO3 из раствора ПВК формируется, начиная с диссоциации ПВК:

2W+10Н202 ^ W2°i2- +2H+ +9H2O (2)

Растворы прекурсоворов термодинамически нестабильны и быстро разлагаются, и их разложение происходит в течение через 3-4 часа после хранения при комнатной температуре, как сообщается в [27]. Реакция разложения с образованием твердой фазы WO3 имеет вид:

ШО +2Н+ ^ 2Ш03 +20 +н20 (3) бш^+бН ^ ^03б9+120+зН0 (4)

Однако, добавление 30 % спирта (этанол, изопропанол и др. буферные растворители), в значительной степени повышают стабильность раствора ПВК. В результате электрохимическое (катодное) осаждение производилось, после получения 3,5 ммоль/л раствора ПВК в 30% изопро-паноле.

которая показывает, происходит ли рост поверхности или ее пассивация в процессе электроосаждения. Измерения проводили в трехэлектродной ячейке с хлорсеребряным электродом сравнения и платиновым вспомогательным электродом на по-тенциостате P20X8.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Экспериментальные образцы (рис. 4) элек-трохромных пленок WOз были изготовлены для различных режимов электроосаждения в зависимости от времени нанесения слоя WOз, диапазон осаждения варьировался 300...8000 с при потенциале -1 В, время осаждения на прямую влияло на рост слоев WOз. Красным цветом выделена область, на которую была нанесена пленка WOз.

Рис. 3. Принципиальная схема катодного электроосаждения пленок WOз

В соответствии [23] восстановление пер-коксовольфрамат-иона Ш2021 происходит в сторону образования WOз:

Ш02-+(2+2х)Н++2хе- ^ 2Ш0 +^+2хН 0+82х0 (5)

2 11'' 3 2 2 4 2

В правой стороне реакции x - это количество электронов, которыми обмениваются для осаждения некоторого количества WOз, при этом связывая ток на рабочем электроде со скоростью осаждения x=0 или x=4, что приводит к высокому или нулевому образованию O2 соответственно. Низкое или высокое значение x cвязано с плотностью тока [13]. Процесс катодного осаждения пленок WOз, осуществлялся по трехэлектродной схеме (рис. 3) с использованием потенциостата P20X8) в соответствии с уравнением (5).

Метод хроноамперометрии

При электроосаждении на постоянном потенциале проводили регистрацию зависимости тока от времени /(0, то есть хроноамперограмму,

а

б

Рис. 4. Образцы электродных материалов: a-ТРГ; б—Гьэлектрод

-1,0x10

-3,0x10'

-3,5x10-3

2000

4000 t, с

6000

8000

-3,3x10-

-3,6x10-

3 -3,9x10-

-4,2x10-

-4,5x10-

1000 2000 3000 4000 5000 6000 t, с

б

Рис. 5. Хроноамперограмма катодного восстановления ПВК при потенциале -1 В: а - титановый электрод; б - ТРГ-электрод

0

a

0

А. V. Shchegolkov, Ыркт, А. V. Shchegolkov

Кинетика восстановления ПВК существенно зависит от природы подложки (рис. 5). Что позволяет предположить, что восстановление пероксо-вольфрамат-анионов происходит стадийно, слабая выраженность предельных токов означает, чтопер-воначально образовавшийся слой WOз обладает повышенным омическим сопротивлением.

Катодный процесс, представленный на рис. 5а проходит через стадию образования частично восстановленной пленки, после чего в ней начинается интеркаляция ионов водорода, что приводит к скачкообразному увеличению электропроводности. Предложенная гипотеза, подтверждает также хроноамперограмма катодного процесса, полученная при потенциале -1,0 В (рис. 5б). В начальный период плотность тока возрастает вследствии образования вольфраматной пленки, что сопровождается ростом поверхности электрода. После формирования пленки начинается закономерный спад тока, связанный с ее восстановлением.

Хроноамперограмма восстановления ПВК на титане (рис. 5 а) не имеет участков роста тока, выход по току для осаждения на титан составляет 5%. Отсюда следует, что наибольший выход продукта соответствует высокой адсорбционной активности подложки по отношению к ПВК. При этом отдельные стадии этого процесса могут быть представлены в виде схемы:

(6)

(раствор)-> Ш202; (адс) ^ Ш052" (адс) ^

4

Ш202~ (раствор)

В случае WOз/TРГ можно сделать вывод, что интенсивный рост слоя WOз сопровождается формированием слоя различной морфологии. О

чем свидетельствует пилообразный участок на рис. 6Ь, который лежит в диапазоне 2000.. .4000 с.

Толщину пленки й приближено можно оценить по закону Фарадея:

а = М 1} ) Л (7) ирг *

где: М - атомный вес; р - объемная плотность пленки; п - количество электронов принимающие участие в единичном акте восстановления; ^ - постоянная Фарадея; J(t) - плотность электрического тока, при которой осуществляется катодное осаждение.

Значения по (7) для двух электродных материалов были сведены в таблице 1.

Таблица 1

Толщина полученных пленок WOз на поверхности исследуемых электродов

Материал электрода ТРГ ТС

Толщина, м 1,20110-5 1,577-10-5

Электрохимический анализ полученных образцов Исследование ЖОз/Т для топливных элементов Катодная кривая (рис. 7а) содержит предельные токи внедрения водорода в оксидную пленку, в результате чего катодный процесс выделения водорода непосредственно протекает с большим перенапряжением. Анодная поляризационная кривая титана, покрытого WOз, практически не содержит участка активного растворения (рис. 7б).

Внешний вид образцов WOз/Ti до и после испытания (рис. 8) показывает, что на участках с покрытиями WOз (рис. 8 б), область выделенная красным пунктиром, следов коррозии не наблюдалось, тогда как на открытых участках, область выделенная черным пунктиром, имеются следы язвенной коррозии.

1-0.5 0 Е, В

а б

Рис. 7. Поляризационные зависимости WOз/Ti при 80 °С и скорости развертки потенциала 1 мВ/с

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

а - катодная кривая; б - анодная кривая

Исследование ЖОз/ТРГ для СК Вольтамперометрическая емкость WOз/ТРГ с покрытием достигает 630 Ф/г при скорости развертки потенциала 10 мВ/с при потенциале -0,5 В, полученная в 1 М КОН, что означает перспективы создания электрохимического СК с несколько меньшим напряжением, но большой емкостью. В то же время при циклировании электрода из WO3/ТРГ в качестве катода (рис. 9) наблюдаются значительно более высокие емкости.

а б

Рис. 8. Внешний вид образца WOз/Ti с покрытием до и после испытаний: a - до; б - после

Разряд ТРГ происходит при более низких потенциалах, чем оксидно-никелевых электродов, в связи с чем для работы с этим материалом необходим анод с более отрицательным потенциалом.

При увеличении времени заряда (рис. 10) разрядная емкость существенно возрастает (табл. 2) и удельная емкость достигает 400 Ф/г, что достигает оценки, полученной вольтамперометрическим методом. При увеличении времени заряд-разрядная емкость снижается, что означает, что 0,5 ч является временем, достаточным для полного заряда электрода. Кроме того, на разрядной кривой появляется участок, соответствующий более высоким потенциалам, что позволяет полностью заменить на ТРГ существующие катодные материалы.

2,0

1,5

> 1,0 0,5

0,0

1

" 1 / 1 2 - заряд; - разряд

1J

...............-

/2

0

500

1000 t, c

1500

2000

E,V

Рис. 9. Катодные ветви WOз/ТРГ при скорости развертки потенциала:

1 - 10 мВ/с; 2 - 20 мВ/с; 3 - 50 мВ/с; 4 - 100 мВ/с

С увеличением зарядной, разрядные емкости [28] также увеличиваются, но не в том же масштабе, что зарядные, что подтверждает гипотезу об ограниченной обратимости ТРГ в катодной области. Удельная емкость достигает 299 Ф/г, что превышает значения многих катодных материалов.

Рис. 10. Зарядно-разрядные характеристики Ж на WOз/ТРГ-электроде в течение 0,5 ч

WOз/ТРГ имеет большие токи восстановления окисленного графита (рис. 9), которому, возможно, добавляется частичное восстановление WOз, с чем связана немонотонная зависимость токов максимумов от скорости развертки.

ТРГ в виде графитовой фольги является катодным материалом ЭХК с удельной емкостью 400 Ф/г, что несколько ниже чем у существующего оксидноникелевого электрода. Применение WOз/ТРГ в качестве катодного материала открывает перспективы значительного упрощения и удешевления производства СК.

Зарядно-разрядные емкости в режиме катода

Таблица 2

№ Зарядная Разрядная Коэффициент использования Удельная емкость,

емкость, Ф емкость, Ф зарядной емкости ф/г

1 7,2 -4,5 0,630 400

2 14,4 -2,5 0,174 200

3 21,6 -2,7 0,125 177,8

A. V. Shchegolkov, M.S. Lipkin, A. V. Shchegolkov

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенных опытов в процессе электрохимического (катодного) осаждения, а также электрохимического анализа, полученных пленок WO3 на поверхности титанового и ТРГ-электродов, было установлено:

1) Восстановление пероксовольфрамат-анионов происходит стадийно, к тому же перок-совольфрамовая -кислота восстанавливается до оксидов вольфрама через стадию образования на электроде пленки. Этот процесс подобен механизму электроосаждения хрома.

2) Скорость осаждения и толщина оксидно-вольфрамовых покрытий зависит от природы подложки вследствие того, что восстановление ПВК приводит к образованию промежуточной пленки. Наибольшая толщина и сплошность пленок WO3 получен на ТРГ, наименьшая на титане.

3) Пленки WO3 на поверхности титана увеличивают перенапряжение водорода и защищают от язвенной коррозии при потенциостатической поляризации при потенциала катода топливного элемента

4) Катодное покрытие на основе WO3 обеспечивает удельную емкость 630 Ф/г и может быть рекомендовано к использованию в новых поколениях электрохимических СК.

ЛИТЕРАТУРА REFERENCES

1. Granqvist C.G. Handbook of inorganic materials. Amsterdam, Elsevier Science. 1995. 650 p.

2. Corr D., Bach U., Fay D., Kinsella M, McAtemney C., O'Reilly F., Rao S.N. andStobie N. Solid State Ionics. 2003. V. 165. P. 315-321. DOI: 10.1016/j.ssi.2003.08.054.

3. Pieretti J.C., Trevisan T.B., Moraes M.M.M., Souza EA., Domingues S.H. Applied Nanoscience. 2020. V. 10. P. 165-175. DOI: 10.1007 / s13204-019-01089-z.

4. Mohan L., Avani A.V., Kathirvel P., Marnadu R., Packiaraj R., Joshua J.R., Nallamuthu N., ShkirM. and Saravanakumar S. Journal of Alloys and Compounds. 2021. V. 882. 160670. DOI: 10.1016/j.jallcom.2021.160670.

5. Lokhande V., Lokhande A., Namkoong G., Kim J.H. and Ji T. Results in Physics. 2019. V. 12. P. 2012-2020. DOI: 10.1016/j.rinp.2019.02.012.

6. Ramana C. V., Utsunomiya S., Ewing R.C., Julien C.M., Becker U. Journal ofPhysical Chemistry B. 2006. V. 110. P. 10430-10435.

7. Tilley R.J.D. International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. 1995. V. 13. P. 93-109.

8. Khyzhun O.Y., Solonin Y.M. Journal ofPhysics: Conference Series. 2007. V. 61. P. 534-539. DOI: 10.1088/1742-6596/61/1/108.

9. Краснов Ю.С., Колбасов Г.Я., Волков С.В. Nanosystems, Nanomaterials, Nanotechnologies. 2008. V. 6. P. 845-853.

10. Kelly P., Bradley J. Journal of Optoelectronics and Advanced Materials. 2009. V. 11. P. 1101-1107.

11. Zhi M., Shi Q., Wang M., Wang Q. RSC Adv. 2016. V. 6. P. 67488-67494. DOI: 10.1039/C6RA13947G.

12. ParkS., Quan Y.J., Kim S., Kim H., Kim S., Chun D.-M., Lee C.S., Taya M., Chu W.-S., Ahn S.-H. International Journal of precision engineering and manufacturing-green technology. 2016. V. 3. P. 397-421. DOI: 10.1007/s40684-016-0049-8.

13. Mineo G., Ruffino F., Mirabella S., Bruno E. MDPI. Nanomaterials. 2020. V. 10. P. 1-12

14. Kumar A., Prajapati C.S., Sahay P.P. Journal of Sol-Gel Science and Technology. 2019. 90(2). P. 281-295.

15. Shiyanovskaya I., HepelM., TewksburryE. Journal ofNew Materials for Electrochemical Systems. 2000. V. 3. P. 241-247.

16. Pauporte T. Journal of The Elecrochemical Society. 2002. 149 (11). P. 539-545.

17. Poongodi S., Kumar P.S., Mangalaraj D., Ponpandian N., Meena P., Masuda Y., Lee C. Journal of Alloys and Compounds. 2017. V. 719. P. 71-81.

18. More A.J., Patil R.S., Dalavi D.S., Mali S.S., Hong C.K., Gang M.G., Kim J.H., Patil P.S. Materials Letters. 2014. V. 134. P. 298-301.

19. Vijayakumar E., Yun Y.-H., Quy Vu H.V., Lee Y.-H., Kang S.-H., Ahn K.-S., Lee S.W. Journal of The Electrochemical Society. 2019. 166(4). P. 86-92.

20. Santos L., Neto J.P., Crespo A., Baiao P., Barquinha P., Pe-reira L., Martins R., Fortunato E. Electroplating of Nanostructures. 2015. P. 27-47.

21. Bhosale N.Y., Kadam A. V. International Journal of Engineering and Technology. 2017. V. 10. P. 573-577.

22. Kwong W.L., Savvides N., Sorrell C.C. Electrochimica Acta. 2012. V. 75. P. 371-380.

23. Meulenkamp E.A. Journal of The Electrochemical Society. 1997. V. 144. P. I. 5. P. 1664-1671.

24. Kwong W.L., Qui H., Nakaruk A., Koshy P., Sorrell C.C. Energy Procedia. 2013. V. 34. P. 617-626.

25. Shchegolkov А., Shchegolkov А. Perspektivnye Materialy. 2020. No. 1. P. 54-63 (in Russian).

26. Ho W.-Y., Pan H.-J., Chang C.-L., Wang D.-Y. J. Surface & Coatings Technology. 2007. V. 202. P. 1297-1301.

27. Pauporte Т. Electrochemical Society Proceedings. 2003. V. 17. P. 18-27.

28. Shchegolkov A. V., Galunin E. V., Shchegolkov A. V., Zyablova A.M., Memetov N.R., Korotkov S.V. Advanced materials and technologies. 2016. No. 3. P. 53-60.

Поступила в редакцию (Received) 01.08.2021 Принята к опубликованию (Accepted) 03.09.2021

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.