Продължителност на работния пакет:
от Месец 1 до Месец 18

Ръководител на работния пакет:
доц. д-р Ренета Букурещлиева

Участници в изпълнението на дейностите по работния пакет (при изпълнение в партньорство):
доц. д-р Пламен Николов, доц. д-р Тома Станкулов, доц. д-р Мария Матракова, гл. ас. д-р Любомир Сосеров, гл. ас. д-р Борислава Младенова, техн. Георги Пеев, Антония Бакалова

Цел на работния пакет:
Установяване типа на протон проводящи полимерни добавки и техните оптимални концентрации за анодното и катодното електролитно пространство, осигуряващи оптимални и подобрени електрични характеристики и дългосрочна експлоатация на ванадиевата поточна батерия.

В рамките на работен пакет № 1 се предвижда на лабораторно ниво да се изучи и валидира ефектът на добавяне на различни типове протон проводящ полимер към електролита в катодното и анодното електродно пространство върху електричните характеристики на ванадиевата поточна батерия. Токо-генериращите реакции, на двата електрода на батерията са различни по своята електрохимична природа и това определя добавянето на различни полимери и концентрации към електролитното пространство на положителния и отрицателния електрод, така че да се оптимизират електричните параметри на батерията.

Дейност 1.1. Изработване на „вътрешен стандарт“ на електролит съответстващ на съвременните постижения и изисквания към ванадиеви поточни батерии.
Разработването на вътрешен стандарт цели да създаде базова балансирана рецептура на електролита по отношение на концентрацията на сярната киселина, формираща течната матрица на електролита и концентрацията на активните ванадиеви съединения, както и на други допълнителни вещества, които е общо прието да се добавят към формулата на електролита. Същевременно, рецептурата на електролита трябва да осигурява оптимални електрични характеристики на тестова поточна батерия (клетка).

Дейност 1.2. Създаване на методика за интегриране на протон проводящи полимери към базовата формула на електролита.За успешно прилагане на предложената концепция за въвеждане на протон проводящи полимери, е необходимо да се подберат такива, които са водоразтворими в присъствие на сярна киселина. Това се определя предимно от наличие на йонногенни структурни групи и от молекулното тегло на полимера. В този аспект, полимерни субстанции, имащи протонна проводимост и разтворимост във воден разтвор на сярна киселина, се предвижда да се изследват в различни концентрации: поли-винилпиролидон с молекулно тегло от 10 000 до 360 000, съполимер на поли-винилпиролидон и стирен, поли-бензимидазол, нафион и др. За да могат успешно и ефективно да бъдат инкорпорирани в течната матрицата на сярна киселина е необходимо да се разработи подходяща методология.

Дейност 1.3. Изучване на въздействието и ефективността на полимерните вещества върху електрохимичните и химични реакции протичащи при работа на батерията.
Провеждане на лабораторни тестове и изпитания върху малка тестова клетка с цел установяване ефекта на протон проводящи полимери върху електрохимичните и химичните реакции, протичащи по време на работа на батерията спрямо характеристиките на вътрешния стандарт. Влиянето на добавките върху кинетиката на основните тогенериращи реакции, както и върху нежелателните странични реакции, ще бъде изучено чрез прилагане на различни типове електрохимични поляризация – волтаметрия, постоянен ток или напрежение, импедансен анализ и др. Също така ще бъдат приложени и аналитични методи и техники за количествен, качествен и структурен анализ (титриметрични, UV/VIS/NIR и раманова спектроскопия, динамично свето разсейване и др.) с цел получаване на информация за детайлното въздействие на полимерите върху ванадиевите съединения, формирани, като начални, междинни и крайни продукти на реакциите. От фундаментална гледна точка ще се търси корелация между различни характеристики на изследваните полимери, като състав, структура, молекулно тегло и др., и влиянието им върху химичните и електрохимичните реакции във ванадиеви поточни батерии.

Дейност 1.4. Разработване на алгоритми за ускорено лабораторно тестване, симулиращо условия близки до операционната средата и оценка на ефективността на полимерната добавка.
Целта е в лабораторна среда да се разработи методика за оценка на въздействието на полимерните добавки върху електрическите характеристики и параметри на батерията, като разрядна/зарядна мощност, разрядна/зарядна енергия, циклична устойчивост, ефективност и др. Тези характеристики на батерията силно зависят от специфични условия, като степен на зареденост, дълбочина на разряд, температура и др. Ще се вземат под внимание съществуващи стандарти и тестови протоколи в областта, които ще бъдат адаптирани за лабораторна среда, така че да са максимално близки до експлоатационната оперативната среда на батерията и да осигуряват надеждна информация за възможните механизми на деградация. Тестовите заряд-разрядни алгоритми ще са базирани на измервания при постоянен ток в съчетание с постоянно напрежение. В специфично подбрани работни точки, ще се прилагат фундаментални електрохимични техники и аналитични методи за количествен, качествен и структурен анализ, с цел извличане на информация за деградационни механизми и въздействието на полимерните добавки.
Дейностите по точки 1.3 и 1.4 ще преминат през 2-3 итеративни оптимизационни цикъла, за да се постигне най-добрата комбинация от параметри и да се максимизира положителното въздействие на полимерните материали.