Cd|KOH|NiOOH

Zn|NH4CI|MnO2

Li|LiClO4|MnO2

Pb|H2SO4|PbO2

H2|KOH|O2

Дифференциальная электрохимическая импедансная спектроскопия полимерных протонных электролитов

Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0).

Предложен способ извлечения стандартных данных электрохимической импедансной спектроскопии (ЭИС), таких как диаграммы Боде, Найквиста и других, из частотной зависимости полного импеданса без измерения фазы путем численного дифференцирования указанной зависимости в квадратичных координатах, названный дифференциальной электрохимической импедансной спектроскопией (ДЭИС). Выполнена экспериментальная проверка предложенного способа на примере протонных мембран на основе поливинилового спирта с протонным донором в виде сульфатированного монтмориллонита в гранулированном или диспергированном состоянии. Показано, что ДЭИС, не меняя полученных стандартной ЭИС результатов по омической проводимости мембран, легче и с большей точностью описывается классическими полуокружностями. Полученные в работе значения диэлектрической проницаемости при низких частотах чрезвычайно высоки, что позволяет разрабатывать на основе высокопроводящих полимерных протонных электролитов конденсаторы с высокой удельной емкостью.

Литература

1. Impedance Spectroscopy : Theory, Experiment, and Applications / ed. by E. Barsoukov, J. R. Macdonald. 2nd ed. Hoboken, New Jersey : John Wiley & Sons Inc., 2005. 595 p. https://www.doi.org/10.1002/0471716243

2. Di Noto V., Piga M., Giffin G. A., Pace G. Broadband electric spectroscopy of proton conducting SPEEK membranes // J. Membrane Sci. 2012. Vol. 390–391. P. 58–67. https://www.doi.org/10.1016/j.memsci.2011.10.049

3. Touhami S., Mainka J., Dillet J., Ait Hammou Taleb S., Lottin O. Transmission line impedance models considering oxygen transport limitations in polymer electrolyte membrane fuel cells // J. Electrochem. Soc. 2019. Vol. 166, iss. 15. P. F1209–F1217. https://www.doi.org/10.1149/2.0891915jes

4. Krukiewicz K. Electrochemical impedance spectroscopy as a versatile tool for the characterization of neural tissue : A mini review // Electrochem. Comm. 2020. Vol. 116. Article 106742. https://www.doi.org/10.1016/j.elecom.2020.106742

5. Jocsak I., Vegvari G., Vozary E. Electrical impedance measurement on plants : A review with some insights to other fields // Theor. Exp. Plant Physiol. 2019. Vol. 31, iss. 3. P. 359–375. https://www.doi.org/10.1007/s40626-019-00152-y

6. Chang B.-Y., Park S.-M. Electrochemical impedance spectroscopy // Annual Review of Analytical Chemistry. 2010. Vol. 3. P. 207–229. https://www.doi.org/10.1146/annurev.anchem.012809.102211

7. Balasubramani V., Chandraleka S., Subba Rao T., Sasikumar R., Kuppusamy M. R., Sridhar T. M. Review – Recent advances in electrochemical impedance spectroscopy based toxic gas sensors using semiconducting metal oxides // J. Electrochem. Soc. 2020. Vol. 167, iss. 3. Article 037572. 17 p. https://www.doi.org/10.1149/1945-7111/ab77a0

8. Anderson E. L., Bühlmann P. Electrochemical impedance spectroscopy of ion-selective membranes : Artifacts in two-, three-, and four-electrode measurements // Anal. Chem. 2016. Vol. 88, iss. 19. P. 9738–9745. https://www.doi.org/10.1021/acs.analchem.6b02641

9. Jorcin J.-B., Orazem M. E., Pebere N., Tribollet B. CPE analysis by local electrochemical impedance spectroscopy // Electrochimica Acta. 2006. Vol. 51, iss. 8–9. P. 1473–1479. https://www.doi.org/10.1016/j.electacta.2005.02.128

10. Wong C. Y., Wong W. Y., Loh K. S., Daud W. R. W., Lim K. L., Khalid M., Walvekar R. Development of poly(vinyl alcohol)-based polymers as proton exchange membranes and challenges in fuel cell application : A review // Polymer Reviews. 2020. Vol. 60. iss. 1. P. 171–202. https://www.doi.org/10.1080/15583724.2019.1641514

11. Altaf F., Gill R., Batool R., Drexler M., Alamgir F., Abbas G., Jacob K. Proton conductivity and methanol permeability study of polymer electrolyte membranes with range of functionalized clay content for fuel cell application // European Polymer J. 2019. Vol. 110. P. 155–167. https://www.doi.org/10.1016/j.eurpolymj.2018.11.027

12. Прохоров И. Ю. Роль структурных состояний ионных доноров в протонпроводящих мембранах на основе поливинилового спирта // Электрохимическая энергетика. 2017. Т. 17, № 2. С. 89–98. https://www.doi.org/10.18500/1608-4039-2017-17-2-89-98

13. Прохоров И. Ю. Механизмы протонной проводимости в высокоизбирательных мембранах с гранулированным донором // Электрохимическая энергетика. 2017. Т. 17, № 3. С. 159–169. https://www.doi.org/10.18500/1608-4039-2017-17-3-159-

14. Емельянова Ю. В., Морозова М. В., Михайловская З. А., Буянова Е. С. Импедансная спектроскопия : теория и применение : учеб. пособие / под общ. ред. Е. С. Буяновой. Екатеринбург : Изд-во Урал. ун-та, 2017. 156 с.

Текст в формате PDF:
(downloads: 23)