Вплив товщини шару TiO₂ на деградацію електродів в окисновідновних проточних акумуляторах
Анотація
У цій роботі покриття TiO₂ різної товщини були нанесені на вуглецеві волокна фетру методом ALD (атомно-шарове осадження), а також досліджені механічні та електрохімічні властивості електродів. Експериментальні результати показують, що покриття TiO₂ ефективно захищає та підвищує стабільність вуглецевих мокрих електродів. Хоча втрата маси необробленого катодного електрода спостерігалася на рівні 4%, цей показник зменшився до 1,6-1,7% після нанесення покриття TiO₂. Коли товщина покриття збільшилася з 50 нм до 300 нм, суттєвої зміни втрати маси не спостерігалося, що свідчить про те, що навіть тонкі покриття забезпечують ефективний захист. Втрата маси анодного електрода була відносно невеликою, коливаючись від 2% у необробленому стані до 0,5-1,1% у покритому стані. Це пояснюється нижчим анодним потенціалом, ніж у катода, та низькою чутливістю окисно-відновної реакції V2+/V3+ на аноді. Було виявлено, що покриття з діоксиду титану відіграє важливу роль у підвищенні електрохімічної деградації та корозійної стійкості електродів, а також у подовженні терміну служби батареї. Також було показано, що покриття TiO2 товщиною 50 нм може забезпечити ефективний захист, тоді як дуже товсті покриття можуть обмежувати рухливість електронів. Ці результати підтверджують, що покриття TiO₂ є одним із перспективних рішень для захисту електродних матеріалів у ванадієвих проточних батареях.
Завантаження
Посилання
Kh.B. Ashurov, B.M. Abdurakhmanov, Sh.CH. Iskandarov, and T.K. Turdaliev, “Solving the problem of energy storage for solar photovoltaic plants (review),” Applied Solar Energy, 55(2), 119–125 (2019). https://doi.org/10.3103/S0003701X19020038
M. Skyllas-Kazacos, L. Cao, M. Kazacos, N. Kausar, and A. Mousa, “Vanadium Electrolyte Studies for the Vanadium Redox Battery-A Review,” Chem. Sus. Chem. 9(13), 1521–1543 (2016). https://doi.org/10.1002/cssc.201600102
K.J. Kim, M.-S. Park, Y.-J. Kim, J.H. Kim, S.X. Dou, and M. Skyllas-Kazacos, “A technology review of electrodes and reaction mechanisms in vanadium redox flow batteries,” Journal of Materials Chemistry A, 3(33), 16913–16933 (2015). https://doi.org/10.1039/c5ta02613j
U.F. Berdiev, I.K. Khudaykulov, S.C. Iskandarov, A.J. Amirova, and K.B. Ashurov, “Influence of SiO2 Nanoparticles on the Characteristics of a Polyvinyl Alcohol-Based Proton Exchange Composite Membrane,” East European Journal of Physics, (1), 265-271 (2025). https://doi.org/10.26565/2312-4334-2025-1-30
Z. Zhang, J. Xi, H. Zhou, and X. Qiu, “KOH etched graphite felt with improved wettability and activity for vanadium flow batteries,” Electrochim. Acta, 218, 15–23 (2016). https://doi.org/10.1016/j.electacta.2016.09.099
L. Wu, J. Wang, Y. Shen, L. Liu, and J. Xi, “Electrochemical evaluation methods of vanadium flow battery electrodes,” Phys. Chem. Chem. Phys. 19, 14708–14717 (2017). https://doi.org/10.1039/c7cp02581e
L.F. Castañeda, F.C. Walsh, J.L. Nava, and C.P.D. León, “Graphite felt as a versatile electrode material: Properties, reaction environment, performance and applications,” Electrochim. Acta, 258, 1115–1139 (2017). https://doi.org/10.1016/j.electacta.2017.11.165
D.M. Kabtamu, J.Y. Chen, Y.C. Chang, and C.H. Wang, “Water-activated graphite felt as a high-performance electrode for vanadium redox flow batteries,” J. Power Sources, 341, 270–279 (2017). https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2016.12.004
F. Jianga, Z. Heb, D. Guoa, and X. Zhoua, “Carbon aerogel modified graphite felt as advanced electrodes for vanadium redox flow batteries,” J. Power Sources, 440, 227114 (2019). https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2019.227114
D. Dixon, D.J. Babu, J. Langner, M. Bruns, L. Pfaffmann, and A. Bhaskar, “Effect of oxygen plasma treatment on the electrochemical performance of the rayon and polyacrylonitrile based carbon felt for the vanadium redox flow battery application,” J. Power Sources, 332, 240–248 (2016). https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2016.09.070
D. Hidalgo, T. Tommasi, S. Bocchini, A. Chiolerio, A. Chiodoni, and I. Mazzarino, “Surface modification of commercial carbon felt used as anode for Microbial Fuel Cells,” Energy, 99, 193–201 (2016). https://doi.org/10.1016/j.energy.2016.01.039
B. Sun, and M. Skyllas-Kazacos, “Modification of graphite electrode materials for vanadium redox flow battery application-I. Thermal treatment,” Electrochim. Acta, 37, 1253–1260 (1992). https://doi.org/10.1016/0013-4686(92)85064-r
A.M. Pezeshki, J.T. Clement, G.M. Veith, T.A. Zawodzinski, and M.M. Mench, “High performance electrodes in vanadium redox flow batteries through oxygen-enriched thermal activation,” J. Power Sources, 294, 333–338 (2015). https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2015.05.118
S. Chen, W. Hu, J. Hong, and S. Sandoe, “Electrochemical disinfection of simulated ballast water on PbO2/graphite felt electrode,” Mar. Pollut. Bull. 105, 319–323 (2016). https://doi.org/10.1016/j.marpolbul.2016.02.003
S. Wang, X. Zhao, T. Cochell, and A. Manthiram, “Nitrogen-doped carbon nanotube/graphite felts as advanced electrode materials for vanadium redox flow batteries,” J. Phys. Chem. Lett. 3, 2164–2167 (2012). https://doi.org/10.1021/jz3008744
A.A. Rakhimov, et al. “Analysis of Temperature-Dependent Surface Properties in the Ni/SiO2/Si System During Electron Beam Deposition,” East European Journal of Physics, (3), 436-441 (2025). https://doi.org/10.26565/2312-4334-2025-3-47
R. Solmaz, A. Gündoğdu, A. Döner, and G. Kardaş, “The Ni-deposited carbon felt as substrate for preparation of Pt-modified electrocatalysts: Application for alkaline water electrolysis,” Int. J. Hydrogen Energy, 37, 8917–8922 (2012). https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2012.03.008
Y. Xiang, and W.A. Daoud, “Investigation of an advanced catalytic effect of cobalt oxide modification on graphite felt as the positive electrode of the vanadium redox flow battery,” J. Power Sources, 415, 175–183 (2019). https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2019.01.079
I.K. Ashurov, M.M. Adilov, and K.B. Ashurov, “Understanding the Influence of Electrolyte Optimization and Graphene Paper Cathodes on the Electrochemical Performance of Aluminum Dual-Ion Batteries,” Appl. Sol. Energy, 60, 727–735 (2024). https://doi.org/10.3103/S0003701X24603405
S. Bagheri, N.M. Julkapli, and S.B.A. Hamid, “Titanium Dioxide as a Catalyst Support in Heterogeneous Catalysis,” The Scientific World Journal, 2014, 1–21 (2014). https://doi.org/10.1155/2014/727496
W.-K. Chao, R.-H. Huang, C.-J. Huang, K.-L. Hsueh, and F.-S. Shieu, “Effect of Hygroscopic Platinum/Titanium Dioxide Particles in the Anode Catalyst Layer on the PEMFC Performance,” Journal of The Electrochemical Society, 157(7), B1012 (2010). https://doi.org/10.1149/1.3428725
G.B. De Souza, D. Hotza, R. Janßen, K.P. Furlan, and C.R. Rambo “Functionalization of Carbon Electrodes with Nanotitania by Atomic Layer Deposition,” Advances in Materials Science and Engineering, 2022, 9575845 (2022). https://doi.org/10.1155/2022/9575845
T.K. Turdaliev, “Optical Performance and Crystal Structure of TiO2 Thin Film on Glass Substrate Grown by Atomic Layer Deposition,” East European Journal of Physics, (1), 250-255 (2025). https://doi.org/10.26565/2312-4334-2025-1-27
Sh.Ch. Iskandarov, I.Kh. Ashurov, U.F. Berdiyev, U.B. Khursandov, and Kh.B. Ashurov, “Preparation of electrolyte from recycled V2O5 for vanadium redox flow batteries and evaluation of its application potential,” Physics and Chemistry of Materials Treatment, 2, 77-82 (2025). https://doi.org/10.30791/0015-3214-2025-2-77-82
T.K Turdaliev, K.B. Ashurov, and R.K. Ashurov, “Morphology and Optical Characteristics of TiO2 Nanofilms Grown by Atomic-Layer Deposition on a Macroporous Silicon Substrate,” J. Appl. Spectrosc. 91, 769–774 (2024). https://doi.org/10.1007/s10812-024-01783-z
Авторське право (c) 2025 Шухрат Ч. Іскандаров, Ільос Х. Худайкулов, Темур К. Турдалієв, Усмонджон Ф. Бердієв, Сардор А. Тулаганов, Бобурджон Р. Кахрамов
Цю роботу ліцензовано за Міжнародня ліцензія Creative Commons Attribution 4.0.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
