Проточная редокс-батарея (ПРБ) – электрохимический источник тока. Основными элементами ПРБ являются двухкамерная электрохимическая ячейка с электродами и сепаратором, резервуары с растворами, содержащими редокс-активные компоненты, и система подачи растворов в ячейку, включающая в себя трубопроводы и насосы. Благодаря тому, что активные компоненты – участники токогенерирующей реакции – находятся в жидкой фазе, ПРБ функционально делится на две части – разрядный блок и блок хранения растворов. Это, по сути, и является основным отличием ПРБ от аккумуляторов с твердыми активными компонентами. Как и последние, ПРБ функционирует по замкнутому энергетическому циклу, однако, в отличие от них, допускает возможность варьирования объема энергозапаса и мощности разряда независимо друг от друга.

Большое разнообразие принципиально пригодных к использованию редокс-пар (как органической, так и неорганической природы), электролитов и растворителей позволяет выводить экономические (в части стоимости сырья и материалов) и экологические показатели отдельных типов ПРБ на недосягаемый для других перезаряжаемых электрохимических источников тока уровень. Однако, наличие значительного числа не принимающих непосредственного участия в электрохимических реакциях компонентов (растворитель, электролиты и др.), приводит к относительно невысоким характеристикам по плотности хранимой энергии и мощности разряда, в связи с чем основной нишей ПРБ остается стационарное хранение энергии и распределение нагрузки в электросетях c генераторами периодического действия (солнечные батареи, ветряки и т.п.). Наиболее разработанной (и наиболее коммерциализированной) ПРБ является ванадиевая батарея с удельной хранимой энергией 25Вт-ч/л.

В последние годы ООО «Корпорация Связи» совместно с лабораторией ЭМЭЭ РХТУ имени Д.И. Менделеева разрабатывает оригинальную концепцию использования многоэлектронных редокс-систем в водной фазе. В ходе этих работ была исследована возможность использования в ПРБ процессов электровосстановления совершенно не изученного ранее для таких применений класса реагентов – оксо-соединений галогенов. Был открыт принципиально новый механизм электрохимических процессов — редокс-медиаторный автокатализ, благодаря которому ничтожные количества молекул галогена могут приводить к огромным скоростям восстановления основного реагента, которые отвечают очень большим плотностям тока и удельной мощности.

Теоретический анализ показал, что устройства на базе данного механизма могут удовлетворить многочисленным требованиям к окислителям для коммерчески конкурентоспособных редокс-батарей: высокие энергоемкости, быстрая медиаторная электродная кинетика, приводящая к высоким плотностям тока и большим удельным мощностям, возможность безотходной и безреагентной электрохимической со-регенерации окислителя и водорода, низкая стоимость и широкая распространенность элементов, участвующих в цикле, и т.д.

В нашей совместной лаборатории был продемонстрирован экспериментальный образец проточной водородно-броматной редокс-батареи с удельной мощностью разряда 1 Вт/см2 и пиковой мощностью 50 Вт без использования платинового катализатора на катоде.

Модифицирующие покрытия различной природы (полимерные, адсорбционные, ковалентно-связанные), нанесенные на поверхность находящегося на кварцевом кристалле электрода, широко используются в качестве чувствительных элементов гравиметрических сенсоров. При этом от материала покрытия (входящего в его состав активного центра) требуется способность к образованию комплексов (или иного рода удержанию) с формульными единицами (молекулами, ионами) анализируемого вещества, что в результате увеличения связанной с кристаллом массы дает аналитический сигнал в виде пропорционального сдвига резонансной частоты. Порфирины являются одним из таких материалов, т.к. помимо возможности координации молекул/ионов аналита в аксиальном положении для них характерно пи-пи взаимодействие, также способное приводить к обратимому закреплению анализируемого вещества на модифицированной поверхности кристалла.

ООО «Корпорация Связи» совместно с лабораторией ЭМЭЭ РХТУ имени Д.И. Менделеева проводит исследования нового семейства проводящих металлополимеров (pMP) на базе порфиновых циклов, впервые полученного и описанного сотрудниками лаборатории. Для испытания полиметаллопорфинов в качестве чувствительных элементов гравиметрических сенсоров использовалась разработанная и оптимизированная процедура получения pMP, основанная на электрохимически индуцированном ионном обмене. Для ее реализации с использованием в качестве подложки напыленного на кварцевый кристалл электрода было изготовлено специальное устройство, позволяющее осуществлять быстрый перенос обрабатываемого кристалла с электродом между электрохимическими ячейками с различными растворами и осуществлять одновременную регистрацию вольтамперной и частотной характеристик в режиме EQCM.

После получения на поверхности одного из электродов полиметаллопорфинового слоя известной массы кварцевый кристалл извлекается из держателя и помещается в специально сконструированную сенсорную ячейку, позволяющую организовать поток среды (газа или жидкости) у любой из поверхностей кристалла в процессе регистрации его резонансной частоты.