Electroreduction of the bromate anion on a microlectrode in excess acid: solution of the inverse kinetic problem

Cover Page

Abstract


Acidic aqueous solutions of bromic acid salts (bromates) are promising electrolytes for redox flow batteries due to their record high power capacity and the rate of electrode reactions proceeding in the autocatalytic regime. The paper gives a comparison of the results of mathematical modeling and experimental measurements of steady state currents of bromate anion electroreduction in sulfuric acid medium on microelectrodes of various radii. An algorithm of solving the inverse problem suitable for determination of the key transport and kinetic process parameters was proposed and tested.


O. A. Goncharova

Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева; Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Author for correspondence.
Email: dkfrvzh@gmail.com

Russian Federation, Москва

A. T. Glazkov

Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева

Email: dkfrvzh@gmail.com

Russian Federation, Москва

K. V. Lizgina

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Email: dkfrvzh@gmail.com

Russian Federation, Москва

A. A. Piryazev

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Email: dkfrvzh@gmail.com

Russian Federation, Москва

S. L. Koryakin

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Email: dkfrvzh@gmail.com

Russian Federation, Москва

D. V. Konev

Институт проблем химической физики Российской Академии наук

Email: dkfrvzh@gmail.com

Russian Federation, Черноголовка, Московской обл

M. A. Vorotyntsev

Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева; Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова; Институт проблем химической физики Российской Академии наук; Институт молекулярной химии университета Бургундии

Email: mivo2010@yandex.com

Russian Federation, Москва; Москва; Черноголовка, Московской обл., Дижон, Франция

V. B. Mintsev

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова; Институт проблем химической физики Российской Академии наук

Email: mivo2010@yandex.com

Russian Federation, Москва; Черноголовка, Московской обл.

  1. Ehsandul K., Pawan K., Sandeep K., Adedeji A.A., Ki- Hyun K. Solar Energy: Potential and Future Pros- pects // Renew. Sust. Energ. Rev. 2018. V. 82. P. 894.
  2. Cho K.T., Tucker M.C., Weber A.Z. A Review of Hy- drogen/Halogen Flow Cells // Energ. Tech. 2016. V. 4. P. 655.
  3. Tolmachev Y. V., Piatkivskyi A., Ryzhov V. V.,
  4. Konev D.V., Vorotyntsev M.A. Energy Cycle Based on a High Specific Energy Aqueous Flow Battery and its Potential Use for Fully Electric Vehicles and for Direct Solar-to-Chemical Energy Conversion // J. Solid State Electrochem. 2015. V. 19. P. 2711.
  5. Vorotyntsev M.A., Antipov A.E., Konev D.V. Bromate Anion Reduction: Novel Autocatalytic (EC) Mecha- nism of Electrochemical Processes, Its Implication for Redox Flow Batteries of High Energy and Power Den- sities // Pure Appl. Chem. 2017. V. 89. DOI: 10.1515/ pac-2017-0306.
  6. Vorotyntsev M.A., Konev D.V., Tolmachev Y.V. Elec- troreduction of Halogen Oxoanions via Autocatalytic Redox Mediation by Halide Anions: Novel EC Mech- anism. Theory for Stationary 1D Regime // Electro- chim. Acta. 2015. V. 173. P. 779.
  7. Антипов А.Е., Воротынцев М.А. Электровосста- новление бромат-аниона на неактивном ВДЭ в стационарных условиях. Численное исследова- ние процессов ионного транспорта и реакции конпропорционирования // Электрохимия. 2016. Т. 52. С. 1039.
  8. Антипов А.Е., Воротынцев М.А., Толмачев Ю.В. и др. Электровосстановление бромат-аниона в кис- лых растворах на неактивном ВДЭ в стационарных условиях. Численное моделирование процесса в условиях избытка бромат-аниона по сравнению с протонами // ДАН. 2016. Т. 468. № 1. С. 37–43.
  9. Vorotyntsev M.A., Antipov A.E. Bromate Electroreduc- tion from Acidic Solution at Spherical Microelectrode Under Steady-State Conditions: Theory for the Redox- Mediator Autocatalytic (EC) Mechanism // Electro- chim. Acta. 2017. V. 258. P. 544.
  10. Modestov A.D., Konev D.V., Antipov A.E., Petrov M.M., Pichugov R.D., Vorotyntsev M.A. Bromate Electrore- duction from Acidic Solution at Spherical Microelec- trode under Steady-State Conditions: Theory for the Redox-Mediator Autocatalytic (EC) Mechanism // Electrochim. Acta. 2018. V. 259. P. 655.
  11. Konev D. V., Antipov A. E., Petrov M. M., Sham- raeva M.A., Vorotyntsev M.A. Surprising Dependence of the Current Density of Bromate Electroreduction on the Microelectrode Radius as Manifestation of the Autocatalytic Redox-Cycle (EC) Reaction Mecha- nism // Electrochem. Comm. 2018. V. 86. P. 76.
  12. Bruno T.J., Lide D.R. CRC Handbook of Chemistry and Physics. 97th ed. Boca Raton (FL): CRC Press, 2015.
  13. Cussler E.L. Diffusion: Mass Transfer in Fluid Systems. 2nd ed. N.Y.: Cambridge Univ. Press, 1997.
  14. Nordstrom D.K., Alpers C.N., Ptacek C.J., Blowes D.W. Negative pH and Extremely Acidic Mine Waters from Iron Mountain, California // Environ. Sci. Technol. 2000. V. 34. № 2. P. 254–258.

Views

Abstract - 34

PDF (Russian) - 21

PlumX


Copyright (c) 2019 Российская академия наук