Russian Journal of Physical Chemistry ARussian Journal of Physical Chemistry AЖурнал физической химии0044-45373034-5537The Russian Academy of Sciences68528510.31857/S0044453725020211DCSOQXELECTROCHEMISTRY. GENERATION AND STORAGE OF ENERGY FROM RENEWABLE SOURCESЭЛЕКТРОХИМИЯ. ГЕНЕРАЦИЯ И АККУМУЛИРОВАНИЕ ЭНЕРГИИ ИЗ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВResearch ArticlePhysicochemical properties and functioning of negative electrodes with lead-based coatings as part of reserve chemical power sourcesФизико-химические свойства и функционирование отрицательных электродов с покрытиями на основе свинца в составе резервных химических источников токаShcheglovP. A.ЩегловП. А.
Russian Federation
godforsaken@inbox.ruSamsonovD. A.СамсоновД. А.
Russian Federation
godforsaken@inbox.ruPavlenkovA. B.ПавленковА. Б.
Russian Federation
godforsaken@inbox.ruKulovaT. L.КуловаТ. Л.
Russian Federation
tkulova@mail.ruRychagovA. Y.РычаговА. Ю.
Russian Federation
tkulova@mail.ruSkundinA. M.СкундинА. М.
Russian Federation
tkulova@mail.ruPostnovaE. Y.ПостноваЕ. Ю.
Russian Federation
tkulova@mail.ruJSC Scientific and Production Association Pribor named after S. S. GolembiovskyАкционерное общество “Научно-производственное объединение “Прибор” им. С. С. Голембиовского”A. N. Frumkin Institute of Physical Chemistry and Electrochemistry of the Russian Academy of SciencesИнститут физической химии и электрохимии им. А. Н. Фрумкина РАНYu. A. Osipyan Institute of Solid State Physics, Russian Academy of SciencesИнститут физики твердого тела им. Ю. А. Осипьяна РАН1502202599233935019062025Copyright ©; 2025, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2025, Российская академия наук2025Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://journals.eco-vector.com/0044-4537/article/view/685285

Physicochemical properties of lead coating on steel substrates obtained by the galvanic method are studied by atomic force microscopy, scanning electron microscopy, X-ray diffraction phase analysis, voltammetry, and chronopotentiometry. The influence of the surface oxidized layer and through pores in the lead coating on the functioning of this coating as an anode of chemical power sources is studied. It is shown that at positive temperatures the process of anodic oxidation of the steel substrate can contribute to functioning of the anode at discharge. High discharge characteristics of lead-coated anodes without barrier layers on a steel substrate at temperatures from -50 to +50°C are confirmed by tests of pilot batches of reserve power sources of the Pb/HClO4/PbO2 system. Application of POS 63 tin-lead alloy on a copper substrate is shown to be promising for manufacturing anodes of chemical power sources.

Методами атомно-силовой микроскопии, растровой электронной микроскопии, рентгенофазового анализа, вольтамперометрии, хронопотенциометрии изучены физико-химические свойства покрытия свинца на стальных подложках, полученного гальваническим методом. Изучено влияние поверхностного окисленного слоя и сквозных пор в свинцовом покрытии на функционирование данного покрытия в качестве анода химических источников тока. Показано, что при положительных температурах процесс анодного окисления стальной подложки может вносить вклад в функционирование анода при разряде. Высокие разрядные характеристики анодов с покрытием свинца без применения барьерных слоев на стальной подложке при температуре от –50 до +50°C подтверждены испытаниями опытных партий резервных источников тока системы Pb/HClO4/PbO2. Продемонстрирована перспективность применения сплава олово-свинец ПОС 63 на медной подложке для изготовления анодов химических источников тока.

anodeleadsteeltin-lead alloyperchloric acidscanning electron microscopyatomic force microscopyX-ray diffraction phase analysischronopotentiometryvoltammetrychemical power sourcedischarge curvesанодсвинецстальсплав олово-свинецхлорная кислотарастровая электронная микроскопияатомно-силовая микроскопиярентгенофазовый анализхронопотенциометриявольтамперометрияхимический источник токаразрядные кривыеWong C., Yang E., Yan X.-T., Gu D. // Syst. Sci. Control Eng. 2018. V. 6. № 1. P. 213. https://doi.org/10.1080/21642583.2018.1477634Handbook of Batteries / Ed.D. Linden and T.B. Reddy. New York, Chicago, etc.: McGraw-Hill, 2002. 1453 p.Bagotsky V.S., Skundin A.M., Volfkovich Yu.M. Electrochemical Power Sources: Batteries, Fuel Cells, and Supercapacitors. Hoboken, N.J.: John Willey & Sons, 2015. 400 p. https://doi.org/10.1002/9781118942857Yoon S.-H., Son J.-T., Oh J.-S. // J. Power Sources. 2006. V. 162. № 2. P. 1421. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2006.07.051Lead is not dead: Three Ways that Lead Can Prove its Place in the Energy Transition. Wood Mackenzie, UK. Текст: электронный // www.woodmac.com: [сайт]. 2020. 16 июня. URL: woodmac.com/news/opinion/lead-is-not-dead (дата обращения: 29.03.2024).Riegel B. Lead is not dead – It’s a Critical Foundation for Europe’s low Carbon Future. Hoppecke Batterien GmbH & Co. KG, BRD. Текст: электронный // chargethefutere.org: [сайт]. 2020. 19 окт. URL: https://chargethefutere.org/blog/lead-is-not-dead-its-a-critical-foundation-for-europes-low-carbon-future (дата обращения: 29.03.2024).The world lead Factbook 2023. International Lead and Zinc Study Group, Portugal. Текст: электронный // www.ilzsg.org: [сайт]. 2023. URL: https://www.ilzsg.org/wp-content/uploads/SitePDFs/1_ILZSG%20World%20Lead%20Factbook%202023.pdf (дата обращения: 29.03.2024).White J.C., Power W.H., McMurtrie R.L., Pierce Jr.R.T. // Trans. Electrochem. Soc. 1947. V. 91. № 1. P. 73. https://doi.org/10.1149/1.3071768Brook P.A., Davies A.E. The Tin-Lead Dioxide Reserve Cell // J. Appl. Chem. 1956. V. 6. № 4. P. 174. https://doi.org/10.1002/jctb.5010060409Schrodt J.P., Otting W.J., Schoegler J.O., Craig D.N. // Trans. Electrochem. Soc. 1946. V. 90. № 1. P. 405–417. https://doi.org/10.1149/1.3071755Шпекина В.И., Савельева Е.А., Горбачева Е.Ю., Соловьева Н.Д. // Электрохимическая энергетика. 2014. Т. 14. № 4. С. 214. https://doi.org/10.18500/1608-4039-2014-14-4-214-217Шпекина В.И. Разработка технологии электроосаждения диоксида свинца на различные подложки в ультразвуковом поле. Дис. … канд. техн. наук. Саратов, ФГБОУ ВО “Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.”. 2016. 136 с.Щеглов П.А., Самсонов Д.А., Павленков А.Б. и др. // Электрохимия. 2023. Т. 59. № 12. С. 824. https://doi.org/10.31857/S0424857023120125 [Shcheglov P.A., Samsonov D.A., Pavlenkov A.B. et al. // Russ. J. Electrochem. 2023. V. 59. № 12. P. 1062. https://doi.org/10.1134/S1023193523120121]Щеглов П.А., Самсонов Д.А., Павленков А.Б. и др. // Журн. физ. химии. 2023. Т. 97. № 12. С. 1783. https://doi.org/10.31857/S0044453723120269 [Shcheglov P.A., Samsonov D.A., Pavlenkov A.B. et al. // Russ. J. Phys. Chem. A. 2023. V. 97. № 12. P. 2836. https://doi.org/10.1134/S0036024423120269]Shcheglov P.A., Samsonov D.A., Pavlenkov A.B. et al. // Chimica Techno Acta. 2024. V. 11. № 1. Article № 202411103. https://doi.org/10.15826/chimtech.2024.11.1.03Shcheglov P.A., Samsonov D.A., Pavlenkov A.B. et al. // Russ. J. Phys. Chem. A. 2024. V. 98. № 6. P. 1322. https://doi.org/10.1134/S0036024424700328Горбачев Н.В., Горбачева Е.Ю., Соловьева Н.Д., Краснов В.В. // Электрохимическая энергетика. 2011. Т. 11. № 3. С. 154. https://doi.org/10.18500/1608-4039-2011-11-3-154-157Горбачев Н.В., Горбачева Е.Ю., Соловьева Н.Д. и др. // Вестн. Саратовского гос. техн. ун-та. 2011. № 4 (49). Вып. 1. С. 83.Горбачев Н.В. Технология формирования анодных слоев электродов резервных источников тока с хлорной кислотой. Дис. … канд. техн. наук. Саратов: ФГБОУ ВО “Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.”, 2011. 127 с.Справочник по электрохимии / Под ред. А.М. Сухотина. Л.: Химия, 1981. 488 с.Judd M., Brindley K. Soldering in electronics assembly. 2nd ed. Elsevier, 1999. 369 p. https://doi.org/10.1016/B978-0-7506-3545-5.X5000-6ГОСТ 9.305–84. Единая система защиты от коррозии и старения. Покрытия металлические и неметаллические неорганические. Операции технологических процессов получения покрытий: межгосударственный стандарт: издание официальное. Москва: ИПК Издательство стандартов, 2003. [GOST 9.305–84. Unified system of corrosion and ageing protection. Metal and non-metal inorganic coatings. Technological process operations for coating production: interstate standard: official publication (in Russian). Moscow, 2003.]ГОСТ 9.302–88. Единая система защиты от коррозии и старения. Покрытия металлические и неметаллические неорганические. Методы контроля: межгосударственный стандарт: издание официальное. Москва: ИПК Изд-во стандартов, 2001. [GOST 9.302–88. Unified system of corrosion and ageing protection. Metal and non-metal inorganic coatings. Control methods: interstate standard: official publication (in Russian). Moscow, 2001.]Pletcher D., Zhou H., Kear G. et al. // J. Power Sources. 2008. V. 180. № 1. P. 621. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2008.02.024Leygraf C., Wallinder I.O., Tidblad J., Graedel T. The Atmospheric Corrosion Chemistry of Lead / Atmospheric Corrosion. 2nd Edition. Hoboken NJ, John Wiley & Sons. 2016. Appendix G.P. 316. https://doi.org/10.1002/9781118762134Graedel T.E. // J. Electrochem. Soc. 1994. V. 141. № 4. P. 922. https://doi.org/10.1149/1.2054858Holleman A.F., Wiberg E. Inorganic Chemistry. San Diego, London, etc., Academic Press. 2001. P. 916.Todd G., Parry E. // Nature. 1964. V. 202. № 4930. P. 386. https://doi.org/10.1038/202386a0Howie R.A., Moser W. // Nature. 1968. V. 219. № 5152. P. 372. https://doi.org/10.1038/219372a0Roberts A.C., Stirling J.A.R., Carpenter G.J.C. et al. // Mineral. Mag. 1995. V. 59. № 395. P. 305. https://doi.org/10.1180/minmag.1995.059.395.14Siidra O.I., Jonsson E., Chukanov N.V. et al. // Eur. J. Mineral. 2018. V. 30. № 2. P. 383. https://doi.org/10.1127/ejm/2018/0030-2723Olby J.K. // J. Inorg. Nucl. Chem. 1966. V. 28. № 11. P. 2507. https://doi.org/10.1016/0022-1902(66)80373-1Siidra O., Nekrasova D., Depmeier W. et al. // Acta Cryst. B. 2018. V. B74. № 2. P. 182. https://doi.org/10.1107/S2052520618000768Кащеев В.Д., Кабанов Б.Н., Лейкис Д.И. // Докл. АН СССР. 1962. Т. 147. № 1. С. 143.Кабанов Б.Н., Кащеев В.Д. // Докл. АН СССР. 1963. Т. 151. № 4. С. 883.Séby F., Potin-Gautier M., Giffaut E. et al. // Geochim. Cosmochim. Acta. 2001. V. 65. № 18. P. 3041. https://doi.org/10.1016/S0016-7037(01)00645-7Gajda T., Sipos P., Gamsjäger H. // Monatsh. Chem. 2009. V. 140. P. 1293. https://doi.org/10.1007/s00706-009-0188-5Gamsjäger H., Gajda T., Sangster J., Saxena S.K., Voigt W. Chemical Thermodynamics. V. 12: Chemical Thermodynamics of Tin / Ed.J. Perrone. Issy-les-Moulineaux, OECD Nuclear Energy Agency. 2012. 609 p.ГОСТ Р 58593–2019. Источники тока химические. Термины и определения: Национальный стандарт Российской Федерации: издание официальное. Москва: Стандартинформ, 2019. [GOST R58593–2019. Primary and secondary cells and batteries. Vocabulary: national standard of the Russian Federation: official publication (in Russian). Moscow, 2019.]Голембиовский В.С., Есиев Р.У., Колпащиков Ю.В. и др. Энергосодержащий источник тока, Патент RU2487313 (Россия). Заявл. 03.02.2012, опубл. 10.07.2013. [Golembiovskij V.S., Esiev R.U., Kolpashchikov Yu.V. et al. Energy-Containing Power Source, Patent RU2487313 (Russia), Applied 03.02.2012, published 10.07.2013]Набоков Ю.А., Корченков И.А., Трофимов П.В., Павленков А.Б., Самсонов Д.А., Щеглов П.А. Энергосодержащий источник тока, Патент RU2822542 (Россия). Заявл. 18.07.2023, опубл. 09.07.2024. [Nabokov Yu.A., Korchenkov I.A., Trofimov P.V., Pavlenkov A.B., Samsonov D.A., Shcheglov P.A. Energy-containing power source, Patent RU2822542 (Russia). Applied 18.07.2023, published 09.07.2024.]