המצאה של VB<sub> 2</sub> / תאי אוויר לבדיקת אלקטרוכימי
Summary
פרוטוקול מוצג למחקר רב אלקטרון מתכת / מערכות סוללה אוויר על ידי שימוש בטכנולוגיה קודמת שפותחה עבור תא האבץ / אוויר. בדיקות אלקטרוכימי מבוצעת לאחר מכן על סוללות מפוברקות כדי להעריך את הביצועים.
Abstract
טכניקה כדי לחקור את התכונות וביצועים של מערכות מתכת / אוויר מרובי אלקטרונים חדשים הסוללה הציעה והציגה. שיטה לסינתזה הננוסקופי VB 2 מוצגת כמו גם הליך צעד אחר צעד ליישום ציפוי תחמוצת זירקוניום לחלקיקי VB 2 לייצוב עם שחרור. תהליך פירוק תאי אבץ / אוויר קיימים מוצג, בבניית תוספת של האלקטרודה עובדת החדשה שתחליף את האנודה תא האבץ / אוויר הקונבנציונלי עם האנודה הננוסקופי VB 2. לבסוף, פריקה של VB השלים 2 / אוויר הסוללה מדווח. אנו מראים כי שימוש בתא האבץ / אוויר כמיטת בדיקה הוא שימושי כדי לספק תצורה עקבית כדי ללמוד את הביצועים של האנודה האנרגיה גבוהה הקיבולת הגבוהה הננוסקופי VB 2.
Introduction
diboride נדיום כהאנודה יש בין נפח קיבולת הטעינה הגבוהה ביותר של כל חומר האנודה. פרוטוקול זה מציג שיטה ללימוד החומר המרתק הזה. אבץ מתכתי כבר את חומר האנודה השלטת במערכות עיקריות מימיות בשל אבץ של המתכת הגבוהה שני אלקטרונים נפחית ויכולות אחסון מטען gravimetric של 5.8 קה ל -1 ק"ג ואה 820 -1, בהתאמה. * סוללת אבץ פחמן, המכונה תא Leclanché, הוצג לראשונה בסוף המאה ה -19, המשלב האנודה אבץ עם דו תחמוצת מנגן (אספן נוכחי פחמן) קתודית בכלוריד 1 אלקטרוליט. הסוללה בסיסית המשותפת מנצלת אותו הזוג, אבל מחליפה את האלקטרוליט כלוריד עם אלקטרוליט הידרוקסיד אלקלי מימית. יחד סוללות אבץ פחם ואלקליין מהוות את הרוב המכריע של סוללות ראשוניות נמכר 1. כאשר הקתודה דו תחמוצת מנגן בתא בסיסי מוחלפתעל ידי קתודה אוויר, יכולות אחסון אנרגיה גבוהות יותר באופן משמעותי מושגות. סוללת אבץ אוויר זה מנצל חמצן מהאוויר, והוא נמצא בדרך כלל בסוללות מכשיר שמיעה 1-3.
החיפוש שלנו לאחסון סוללה קיבולת גבוהה יותר התמקד בחומרים שיכולים להעביר אלקטרונים מרובים לכל מולקולה 4-11. בין המגוון הרחב של זוגות חיזור יש לנו לחקור, VB 2 בולט כמו האנודה אלקליין יוצאת דופן מסוגלת לשחרר 11 אלקטרונים לVB 2, עם יכולות ונפח של 20.7 gravimetric קה ל -1 ק"ג ו4060 אה -1 בהתאמה. * ב 2004, יאנג והעמיתים דיווחו הזרמת VB 2, אלא גם תעד את התחום המורחב בי VB 2 הוא רגיש לקורוזיה בתקשורת אלקלי 12. בשנת 2007, דיווחנו כי ציפוי בחלקיקי VB 2 מונע קורוזיה 13 זה, שהוביל להפגנה של VB 2 / אוויר בattery בשנת 2008 14.
במאמר זה, אנו מציגים פרוטוקול המשמש לבדיקת מערכות חדשות מתכת / אוויר המעסיקות את הטכנולוגיה שפותחה בעבר עבור תא האבץ / אוויר כפי שהוחל על VB 2 / תא אוויר. האנודה nanoscopicVB 2 מוצגת כהאנודה צפיפות הספק גבוה באנרגיה גבוהה מסוגלת להציג תגובת חמצון אחת עשרה ואלקטרון מתקרבת ליכולת הפנימית התיאורטית של 4060 ק"ג אה -1 במתח סוללה מוגבר ויכולת טעינה של סוללה. זוג 2 / אוויר VB משתמש באלקטרוליט בסיסי של KOH / NaOH, ומעסיק אותו הקתודה אוויר החמצן המופקת מתא האבץ / אוויר 1. הקתודה electrocatalyst הפחם אינה נצרכת במהלך פריקה.
קיים צורך בהבנה רבה יותר את מערכת אוויר VB 2 / כדי לשפר את ביצועי תא נוסף. את המאפיינים והביצועים של חומרים הננוסקופי VB 2 ניתן לחקור באמצעות tהוא תצורת התא של תא האבץ / אוויר 15,16. ניתן לבצע בדיקות לאלקטרוכימי הננוסקופי VB 2 כדי להשוות את ביצועים באמצעות חיסכון באחוזים בשיעורים שונים.
Protocol
Representative Results
Discussion
בנייה של VB 2 / הסוללה אוויר בדרך זו מספקת את היכולת ללמוד ולחקור את אחד עשרה אלקטרונים להעברת תשלום מולקולה שמתרחש, מה שמאפשר את האפשרות לסוללה בקיבולת גבוהה חדשה. אם תוצאות שהתקבלו לא להפגין תוצאות לשחזור, להבטיח כי כל חומר האנודה האבץ הוסר מהסוללה, שיש פיזור שו?…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
המחברים מבקשים להודות למדע פרס קרן 1006568 הלאומי למימון פרויקט זה.
Materials
| MATERIALS | |||
| Boron | Alfa Aesar | 11337 | |
| Diethyl Ether | J.T. Baker | 9244-06 | 4L |
| Epoxy | Loctite | Heavy Duty 5 min setting time | |
| Isopropyl Alcohol | |||
| Panasonic 675 Zinc/Air cell | Panasonic | PR675H | Made in Japan (not German) |
| C-NERGY Super C65 | Timcal | Graphitic carbon black | |
| Vanadium | Aldrich | 262935 | |
| Vanadium Diboride | American Elements | 12007-37-3 | |
| Zirconium Chloride | Spectrum | Z20001 | |
| EQUIPTMENT | |||
| 50-mL round bottom flask | Fisher Scientific Co LLC | CG151001 | |
| Diagonal cutting pliers | Hardware store | ||
| Hot/stir plate | IKA | C-MAG HS 7 | |
| Glove box | Labconco | Precision Basic | |
| Ten 10-mm tungsten carbide balls | Lab Synergy | 55.0100.08 | |
| Tungsten carbide milling jar | Lab Synergy | 50.8600.00 | |
| Razor blade | Hardware store | ||
| Retsch PM 100 planetary ball mill | Retsch | 205400003 | |
| Stir bar | VWR International | 58947-140 |
Referenzen
- Linden, D., Reddy, T. B. . Handbook of Batteries. , (2010).
- Rogulski, Z., Czerwin’ski, A. Cathode Modification in the Leclanche’ Cell. Journal of Solid State Electrochemistry. 7, 118-121 (2003).
- Neburchilov, V., Wang, H., Martin, J. J., Qu, W. A review on air cathodes for zinc – air fuel cells. Journal of Power Sources. 195, 1271-1291 (2010).
- Yu, X., Licht, S. High capacity alkaline super-iron boride battery. Electrochimica Acta. 52, 8138-8143 (2007).
- Licht, S., Wang, B., Ghosh, S. Energetic Iron(VI) Chemistry: The Super-Iron Battery. Science. 285, 1039-1042 (1990).
- Licht, S. Novel aluminum batteries: a step towards derivation of superbatteries. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. , 134-241 (1998).
- Licht, S., Myung, N. Fluorinated Graphites as Energetic Cathodes for Nonaqueous Al Batteries. Electrochem. Solid-State Lett. 5, A160-A163 (2002).
- Licht, S., Ghosh, S. High power BaFe(VI)O4/MnO2 composite cathode alkaline super-iron batteries. Journal of Power Sources. 109, 465-468 (2002).
- Licht, S., Myung, N., Peramunage, D. Ultrahigh Specific Power Electrochemistry, Exemplified by Al/MnO4- and Cd/AgO Redox Chemistry. The Journal of Physical Chemistry B. 102, 6780-6786 (1998).
- Licht, S. Aluminum/Sulfur Battery Discharge in the High Current Domain. J. Electrochem. Soc. 144, L133-L136 (1997).
- Gao, X. -. P., Yang, H. -. X. Multi-electron materials for high energy density batteries. Energy and Environmental Science. 3, 174-189 (2010).
- Yang, H. X., Wang, Y. D., Ai, X. P., Cha, C. S. Metal Borides: Competitive High Capacity Anode Materials for Aqueous Primary Batteries. Electrochemical and Solid-State. 7, A212-A215 (2004).
- Licht, S., Yu, X., Qu, X. Novel Alkaline Redox Couple: Chemistry of the Fe6+/B2- Super-iron Boride Battery. Chemical Communications. 2007, 2753-2755 (2007).
- Licht, S., Wu, H., Yu, X., Wang, Y. Renewable Highest Capacity VB2/Air Energy Storage. Chemical Communications. 2008, 3257-3259 (2008).
- Light, S., Ghosh, S., Wang, B., Jiang, D., Asercion, J., Bergmann, H. Nanoparticle Facilitated Charge Transfer and Voltage of a High Capacity VB2 Anode. Electrochemical and Solid-State. 14, 83-85 (2011).
- Licht, S., et al. Nano-VB2 Synthesis from Elemental Vanadium and Boron: Nano-VB2 Anode/Air Batteries. Electrochemical and Solid-State Letters. 15, A12-A14 (2012).
