SOLIDIONIC

Германиевый электрод электрохимически активной гетероструктуры с гидроксидным протонным проводником
при комнатной температуре

Байков Ю.М.

Физико-технический институт  им. А.Ф.Иоффе РАН ,

Политехническая, 26 Санкт-Петербург, Российская Федерация

E-mai: baikov.solid@gmail.com

Макроскопическая гетероструктура,  образованная как сборка  «германий – гидроксидный протонный проводник – графит»  генерирует электрическое напряжение аналогично  величине такового у полимерных микротопливных элементов  (0.7 V).  Германий-содержащая гетероструктура может быть источником электрического тока для электрических устройств низкой мощности ,  при комнатной температуре и без использования благородных металлов.  С фундаментальной точки зрения  представляет интерес новая комбинация  твердых гидроксидов с электродами из IV группы таблицы Менделеева.

В настоящее время  уровень интереса к тем или иным электрохимически активным гетероструктурам определяется  эффективностью их работы в источниках тока и/или напряжения различного технического назначения.  Поиск и разработка компонент электрохимических устройств, как с новыми электролитами, так и с новыми электрод-электролитными сборками  базирует  на  фундаментальных исследованиях  электрохимической активности материалов, прежде всего, в аспекте  именно   совместимости как новых электролитов с известными электродами, так и новых электродов с известными электролитами. В этом сообщении обсуждается своеобразный вариант поисков,  новизна которого определяется в основном неизвестной  ранее комбинацией известных материалов в мембран-электродной сборке. Таковыми   являются как твердый электролит на основе гидрата гидроксида калия, так и полупроводниковый электрод (Ge). Эксперминтально изучались электрохимически активные  ячейки формулы   (-)Ge| KOH×nH₂O |C(+). Электролит (далее, моногидрат) как протонный проводник начал впервые изучаться  нами (с 2007 года). Он является одним из членов семейства хорошо и давно известной в физической химии  системы «вода – гидроксид калия».  Наш интерес связан с  КOH×nH₂O  (n=0.5; 1.0;  2.0) [1, 2]. . Графит (С) хорошо известен как многофункциональный электродный материал и начал использоваться нами как противоэлектрод для Ni, Ti,  интерметаллида TiFe и металлического олова (Sn). В недавней статье [ 3] было показано, что кремний (Si) в гетероструктурах с твердыми моно- и дигидратом гидроксида калия обладает электрохимической активностью, характер  которой зависит от уровня легирования. Естественно, что было интересно добавить к  уже изученным электродам из С, Si и Sn в контакте с твердыми гидросидными протониками еще один элемент IV группы – Ge.

Read more…

Моногидрат гидроксида калия: протонная проводимость, фазовый переход

Е.И. Никулин,  Ю.М. Байков

Физико-технический институт им. А.Ф.Иоффе РАН

Санкт-Петербург, Россия

E-mail: e.nikulin@mail.ioffe.ru

Аннотация

Ионная проводимость  протонного  проводника   моногидрата гидроксида калия изучена в интервале  200 -410  К.  Установлено что зависимость  проводимости от температуры имеет аррениусовский вид с энтальпией активации ~0.4 eV.  Множители перед экспонентой для температур  выше и ниже комнатных  различаются в ~2.5 раза. В области  285 -345 К  аномальный температурный  ход указывает на фазовый переход  с Т_с~295 K.  Обсуждается механизм перенос протонов.

1.Введение

 Водородсодержащие твердые соединения (соли, кислоты и гидроксиды ) более полувека привлекают внимание как потенциальные протон-проводящие материалы. Неорганические протонные проводники в последнее время испытывают сильную конкуренцию со стороны полимерных материалов в прикладном аспекте, но не  с точки зрения фундаментальных исследований процессов переноса  заряда и массы.  Протонные проводники в этом смысле уникальны своим промежуточным положением между «обычными» электронными  и ионными проводниками.  Опуская здесь исторический аспект  обратим лишь внимание на то  что гидроксиды металлов (щелочных и др.) стали интенсивно исследоватся  в последние 10 лет  (Обзор в [1]) . Оказалось что производные от индивидуальных соединений в виде твердых эвтектик и кристаллогидратов обладают высокой протонной проводимостью при температурах ниже 370 К и даже ниже комнатных. Кроме того, они электрохимически активны в сборках с более дешевыми неблагородными металлами.

Объект внимания в этой статье  моногидрат КОН  является одним из нескольких гидратных соединений в системе  КОН – Н₂О. Фазовая диаграмма этой системы изучена давно и подробно. Однако приведенные в работах  [1-3]  данные об ионной проводимости KOH×H₂O являются  единственными.

Представляло интерес продолжить исследование  этого протонного  проводника  в область температур ниже комнатных.

Read more…