Registration Number
0826U004238, PhD dissertation
Status
Доктор філософії
Date
10-09-2026
popup.evolution
o
Title
System of a regeneration cell based on the Fe/H₂ electrochemical couple for an all-iron flow battery.
Author
Yaroslav V. Kolosovskyi,
popup.head Olga V. Linyucheva
popup.head Oleksii V. Kosohin
popup.opponent Yuliia V. Polishchuk
popup.opponent Volodymyr H. Khomenko
popup.review Mykhailo V. Byk
popup.review Heorhii S. Vasyliev
popup.rada
National Technical University of Ukraine «Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute»
Description
Дисертаційну роботу присвячено розробці та експериментальному обґрунтуванню електрохімічної системи регенерації електролітів залізо-залізного проточного акумулятора на основі регенеративної комірки Fe/H₂. Актуальність роботи зумовлена необхідністю підвищення циклічної стабільності та енергетичної ефективності залізо-залізних проточних акумуляторів, практичне застосування яких обмежується побічним виділенням водню на негативному електроді, порушенням кислотно-основного балансу електролітів, утворенням малорозчинних сполук заліза та зростанням поляризаційних і омічних втрат.
Об’єктом дослідження є електрохімічні процеси деградації та стабілізації складу електролітів у проточних акумуляторах. Предмет дослідження – регенеративна комірка Fe/H₂, процеси масопереносу крізь протонпровідні мембрани та динаміка кислотно-основного стану електролітів залізо-залізного проточного акумулятора. Метою роботи є підвищення стабільності та енергетичної ефективності акумулятора шляхом розроблення, оптимізації та інтеграції регенеративної комірки Fe/H₂.
У роботі застосовано зарядно-розрядне циклювання, електрохімічну імпедансну спектроскопію, циклічну вольтамперометрію, газометричне визначення водню, сканувальну електронну мікроскопію та енергодисперсійний рентгенівський мікроаналіз. Досліджено вплив початкового pH негативного електроліту на кулонівську, вольтаїчну й енергетичну ефективність акумулятора, інтенсивність виділення водню та розвиток деградаційних процесів. Установлено, що підвищення стартового pH від 1,0 до 4,0 знижує об’єм побічно утвореного водню з 238,5 до 54,5 мл за цикл і підвищує кулонівську ефективність. Водночас за відсутності активного керування кислотністю подальший дрейф pH у лужну область спричиняє гідроліз іонів заліза, осадоутворення, блокування пор електродів і критичне зниження вольтаїчної ефективності.
Науково обґрунтовано застосування регенеративної комірки Fe/H₂ як активної підсистеми стабілізації. Її дія полягає у використанні побічно утвореного водню для електрохімічного відновлення надлишкових іонів Fe³⁺ до Fe²⁺ з одночасним утворенням протонів, що компенсує залужнення та відновлює окисно-відновний баланс електролітів. Визначено, що основним механізмом деградації регенеративної комірки є кросовер компонентів електроліту крізь мембрану до водневого електрода, який спричиняє отруєння платинового каталізатора та втрату 67–71 % його електрохімічно активної площі поверхні.
Розроблено метод золь-гель модифікації мембрани Nafion тетраетоксисиланом із формуванням кремнеземного бар’єрного шару. Модифікована мембрана селективно обмежує перенесення багатозарядних іонів заліза, зберігаючи необхідну протонну провідність, що забезпечує збереження активності Pt-каталізатора та більш ніж утричі збільшує тривалість стабільної роботи регенеративної комірки – понад 144 години.
Регенеративну комірку інтегровано в гідравлічний контур залізо-залізного проточного акумулятора та розроблено адаптивний алгоритм керування її роботою за фактичною динамікою pH і кулонівським дефіцитом попереднього циклу. Під час 50 послідовних циклів, що відповідали 600 годинам безперервної роботи, pH негативного електроліту підтримувався на рівні не вище 4,11, кулонівська ефективність становила близько 93 %, а зниження середньої робочої напруги регенеративної комірки не перевищувало 8 %. У системі без регенерації вольтаїчна ефективність знижувалася з 77,2 до 53,1 %.
Практичне значення результатів полягає у створенні науково-технічних засад проєктування, оптимізації та масштабування систем електрохімічної регенерації для залізо-залізних проточних акумуляторів. Запропоновані рішення дають змогу визначати безпечні межі кислотності електроліту, формувати критерії запуску регенерації, зменшувати деградацію мембранно-електродних блоків і підвищувати ресурс систем тривалого стаціонарного накопичення енергії.
Registration Date
2026-08-03
popup.nrat_date
2026-08-03 / 2026-09-29
