Том 61, № 7 (2025)

Ионообменная мембрана в контакте с кислым раствором ванадиевых солей – объект исследования многих научных групп в контексте его непременного присутствия в качестве элемента мембранно-электродных блоков как полностью ванадиевой редокс-батареи, так и гибридных проточных источников тока, использующих соединения ванадия на одном из полуэлементов. В настоящей работе проведена апробация нового метода оценки транспортных характеристик мембраны Nafion 211 в отношении ионов ванадия высоких степеней окисления (VO²⁺ и VO₂⁺) – ванадил- и ванадат-катионов, находящихся в водном сернокислом растворе различной кислотности. Метод основан на измерении хроноамперограмм после наложения скачка потенциала (токовых транзиентов) на электроде с прижатой к поверхности мембраной в условиях, когда ток электрохимического преобразования ванадил: ванадат на границе электрод/мембрана в прямом или обратном направлении лимитируется переносом этих частиц через мембрану из раствора. Установлено, что начальные участки транзиентов описываются коттрелловской зависимостью (I ~ t^–0.5), а установившиеся токи пропорциональны концентрации реагента на внешней стороне мембраны (как и коттрелловские коэффициенты). Получены экспериментальные хроноамперограммы и проведен расчет коэффициентов диффузии ванадил- и ванадат-катионов в мембране, а также коэффициента их распределения между мембраной и электролитом, при варьировании содержания в нем серной кислоты (от 2.2 до 5 М) и отношения концентраций [VO²⁺]:[VO₂⁺] от 0 до 1. Установлено, что с ростом содержания кислоты в электролите коэффициент диффузии ванадил-катиона в контактирующей с ним мембране снижается с 1.76 до 0.84×10^–11 м²/с, а коэффициент диффузии ванадат-катиона с 1.89 до 0.8×10^–11 м²/с. При этом коэффициент распределения мембрана/раствор для обоих катионов также снижается: с 0.27 до 0.13 и с 0.21 до 0.12 соответственно. Сделан вывод о применимости метода для анализа ионного транспорта и равновесного состава ионообменных мембран в сернокислых ванадиевых электролитах.