Анотація до роботи:

Костиря М.В. Електрохімічні властивості манган-діоксидного електрода в лужних джерелах струму. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.17.03 – технічна електрохімія. – Інститут транспортних систем і технологій Національної академії наук України, Український державний хіміко-технологічний університет, Дніпропетровськ, 2005.

Дисертація присвячена дослідженню макрокінетики електрохімічних і транспортних процесів у пористому манган-діоксидному електроді (МД-електроді) у лужному електроліті.

Шляхом аналізу розрядних характеристик MnО₂-електрода і результатів математичного моделювання розряду електрода встановлений механізм впливу складу активної маси на параметри ХДС, запропонований оптимальний склад електродної маси та оптимальний розрядний режим. Експериментально доведено, що при добавці іонів літію в електроліт літій проникає в кристалічну гратку MnО₂, збільшує електронну провідність активної речовини, внаслідок чого зростає його ступінь використання. Запропонована проста математична модель розряду елемента і за результатами оптимізаційного моделювання надані оцінки максимальної питомої енергії джерел струму з анодами з Zn, Fe, Cd.

1. Запропонована фізична модель локальних процесів в області трифазної межі графіт–МnО₂–електроліт, що враховує зміну електропровідності часток активної речовини і на її основі сформульовані і доведені експериментально основні механізми впливу мікроструктури активної маси на макрокінетичні характеристики МnО₂-електродів.

2. Розроблена математична модель пористого MnО₂-катода, що враховує гальмування стадій розряду і дифузії у твердій фазі, а також характер зміни швидкості дифузії в процесі розряду.

3. Аналізом експериментальних даних на математичній моделі катода встановлено, що поляризаційний опір МД-електрода, вимірюваний у процесі розряду з інтенсивністю J<0,1 год^-1, зв'язаний з концентраційними явищами і гальмуванням дифузії протонів у твердій фазі.

4. Аналізом експериментальних даних на математичній моделі показано, що в процесі розряду швидкість дифузії протонів у частках манган діоксиду експоненційно зменшується за мірою росту ступеня розрядженості електрода.

5. Доведено, що при розряді МД-електрода у водяному лужному електроліті з добавкою іонів літію одночасно з протонами в кристалічну гратку MnО₂ проникають катіони літію.

6. Експериментально доведено, що проникнення катіонів літію в процесі розряду в кристали активної речовини збільшує їх електропровідність, що сприяє зниженню поляризаційного опору МД-електрода, зростанню його ємності та енергії джерела струму за рахунок скорочення частки інертної електропровідної добавки в активній масі.

7. Запропонована проста математична модель процесу розряду елемента на постійний опір. За результатами моделювання з обліком даних спеціальних кінетичних вимірів дані оптимізаційні оцінки граничних енергетичних характеристик джерел струму з МД-електродом і різними анодними матеріалами;

8. Показано, що зі збільшенням вмісту графіту зростає ступінь використання MnО₂ і глибина циклування МД-електрода, що досягає 50%.

Публікації автора:

1. Сорокендя В.С., Матин В.И., Дзензерский В.А., Костыря М.В. Исследование зарядно–разрядных свойств диоксидно-марганцевых электродов // Вопросы химии и химической технологии. – 1999. – № 1. – С. 308–310.

Здобувачем досліджений вплив режиму розряд/заряду на ємнісні і енергетичні характеристики пористого МД–електрода.

2. Костыря М.В., Кошель Н.Д., Сорокендя В.С., Матин В.И. Некоторые особенности макрокинетики перезаряжаемого диоксидно–марганцевого электрода // Вопросы химии и химической технологии. – 2001. – № 2. – С.137–141.

Здобувачем досліджений вплив вмісту графіту на характеристики МД–електрода. Встановлена залежність ємності електрода від вмісту графіту в електродній масі при різних режимах розряду.

3. Васильев С.В., Кошель Н.Д., Костыря М.В., Жидков В.С., Удрис И.Г. Исследования закономерностей разряда МпО₂–электродов // Вестник Львов. Ун-та, серия хим. – 2002. – вып. 42 ч.2. – C. 3–6.

Здобувачем досліджена макрокінетика глибокого розряду MnO₂–електродів в електроліті КОН з добавкою і без добавки LiOH. Встановлено, що при наявності іонів літію в електроліті знижується поляризаційний опір електродів, і зростає ступінь використання активної речовини.

4. Кошель Н.Д., Костыря М.В., Жидков В.С. Макрокинетические характеристики MnO₂–электрода при глубоком разряде как функция структуры активной массы // Вопросы химии и химической технологии. – 2003. – № 1. – С. 122–126.

Здобувачем досліджені характеристики МД–електродів з різним вмістом графіту в активній масі у процесі глибокого розряду. Сформульовані основні механізми впливу мікроструктури активної маси на характеристики електродів.

5. Кошель Н.Д., Костыря М.В., Васильев С.В. Влияние лития на свойства МпО₂ // Перспективные электрохимические системы для химических источников тока. – Киев: изд. КНУТД. – 2003. – С. 22–24.

Здобувачем досліджений вплив іонів літію на властивості манган діоксиду і поводження МnO₂–електродів. Доведені значне зростання поверхневої електропровідності МnO₂ і збільшення ємності МД–електродів в присутності іонів літію.

6. Кошель Н.Д., Костыря М.В. Математическое моделирование разрядного процесса в пористом электроде с твердофазными реагентами // Вопросы химии и химической технологии. – 2003. – № 4. – С. 111–115.

Здобувачем виконане математичне моделювання розрядного процесу пористого МД–електрода. Запропонована математична модель розряду МД–електрода. Виконані інтегрування і розрахунок динаміки розряду.

7. Кошель Н.Д., Костыря М.В. Математическое моделирование разряда пористого MnO₂–электрода. 2.Анализ экспериментальных данных // Вопросы химии и химической технологии. – 2004. – № 3. – С. 157–161.

Здобувачем на основі аналізу і порівняння результатів моделювання розряду МД–електрода з експериментальними розрядними характеристиками зроблені висновки про механізм кінетики розрядного процесу.

8. Кошель Н.Д., Костыря М.В. Влияние внедренного лития на электронную проводимость MnO₂ // Электрохимия. – 2004. – Т. 40, № 8. – С. 997–1001.

Здобувачем досліджено і експериментально доведено, що при розряді МД–електродів в електроліті з добавкою LiOH іони літію проникають в кристалічну гратку MnO₂ паралельно з протонами. Сформульований механізм впливу добавки LiOH на ємність електрода.

9. Кошель Н.Д., Костыря М.В. Эмпирическая математическая модель поляризационной характеристики диоксидно–марганцевого электрода // Вопросы химии и химической технологии. – 2004. – № 4. – С. 148–151.

Здобувачем на основі аналізу експериментальних розрядних характеристик МД–електрода сформульована емпірична математична модель поляризаційної характеристики.

10. Кошель Н.Д., Костыря М.В. Моделирование характеристик щелочного элемента с диоксидно–марганцевым электродом // Вопросы химии и химической технологии. – 2004. – № 6. – С. 110–114.

Здобувачем запропонована математична модель елемента і розраховані питомі енергетичні параметри елементів з МД–катодом і різними анодними матеріалами. Виконаний порівняльний аналіз характеристик елементів.

11. Кошель Н.Д., Костыря М.В., Васильев С.В. Математическое моделирование процессов в диоксидно-марганцевом электроде // Вестник Нац. технич. ун–та «ХПИ». – 2005. – вып. № 15. – С. 83–86.

Здобувачем виконане математичне моделювання розряду пористого МД–електрода. Доведено, що швидкість розрядного процесу зв'язана з гальмуванням дифузії протонів в частках манган діоксиду.

12. Патент № 39553 Украина, МКИ⁷ Н01М4/50. Плоский перезаряжаемый диоксидно-марганцевый катод для щелочного аккумулятора / Дзензерский ВА., Матин В.И., Костыря М.В., Васильев С.В., Сорокендя В.С.; Институт транспортных систем и технологий НАН Украины «Трансмаг». – № 2000105729; заявл. 10.10.2000; опубл. 16.02.2004, Бюл. № 2. – 6 с.

Здобувачем запропонований оптимальний склад активної маси МД–електрода, що забезпечує максимальні ємнісні та енергетичні характеристики при розряді.

13. Декларационный патент № 63300 А Украина, Мкл⁷ Н01М6/04. Первичный элемент / Дзензерский В.А., Васильев С.В., Кошель Н.Д., Костыря М.В; Украинский государственный химико–технологический университет, Институт транспортных систем и технологий НАН Украины «Трансмаг». – № 2003032760; заявл. 31.03.2004; опубл. 15.01.2004, Бюл. № 1. – 6 с.

Здобувачем запропонований простий і ефективний спосіб підвищення ємнісних і енергетичних характеристик лужного елемента з МД–електродом.

14. Koshel N.D., Kostyrya M.V., Matin V.I., Sorokendya V.S. Reversible Manganese Dioxide Electrode In Alkaline Accumulator // Proc. 51^st ISE Meeting. – Warsaw (Poland). – 2000. – Abstr. № 77.

Здобувачем досліджені характеристики МД–електродів з різним вмістом графіту в режимі циклування. Показано, що з ростом вмісту графіту збільшується ступінь використання активної речовини і тривалість циклування.

15. Koshel N.D., Kostyrya M.V. Mathematical Modeling Of Porous Solid-Phase Electrode Function // Proc. 207^th ISE Meeting. – Quebek (Canada). – 2005. – Abstr. № 64.

Здобувачем запропонована математична модель розряду МД–електрода, яка може бути використана для аналізу процесів з іншими твердими активними речовинами.

16. Кошель Н.Д., Костыря М.В., Васильев С.В. Оптимизационное моделирование характеристик щелочного элемента с пористым диоксидно–марганцевым электродом // Тезисы докладов II Междунар. научно–техн. конф. «Химия и современные технологии» – Днепропетровск (Украина). – 2005. – С. 90.

Здобувачем виконане математичне моделювання конструктивних параметрів і експлуатаційних режимів різних елементів з МД–електродом.