تمديد العمر الافتراضي للبطاريات القابلة للذوبان يؤدي تدفق مع مضافة خلات الصوديوم
Summary
ويرد على بروتوكول لبناء بطارية الرصاص القابل للذوبان التدفق مع عمر موسعة، في الصوديوم الذي تم توفيره خلات في الكهرباء ميثانيسولفونيك كمادة مضافة،.
Abstract
في هذا التقرير، نقدم وسيلة لبناء بطارية تدفق الرصاص القابل للذوبان (سلفب) مع تمديد دورة حياة. بتوفير كمية كافية من خلات الصوديوم (نواك) للكهرباء، يتجلى على تمديد دورة حياة لأكثر من 50% سلفبس عبر جالفانوستاتيك طويلة الأجل الشحن/تفريغ التجارب. يتم التحقق من نوعية أعلى من اليكتروديبوسيت2 PbO في مسرى إيجابية كمياً للكهرباء أضاف نواك برمي قياسات مؤشر (TI). أيضا معرض الصور المكتسبة عن طريق فحص المجهر الإلكتروني (SEM) أكثر تكاملاً PbO2 مورفولوجيا سطح عند تشغيل في سلفب مع اﻻلكتروﻻيت أضاف نواك. هذا العمل يشير إلى أن التعديل المنحل بالكهرباء يمكن أن تكون طريقا معقولاً لتمكينها اقتصاديا سلفبس لتخزين الطاقة على نطاق واسع.
Introduction
مصادر الطاقة المتجددة بما في ذلك الطاقة الشمسية والرياح وقد وضعت على مدى عقود، ولكن طبيعتها متقطعة يطرح تحديات كبيرة. لشبكة طاقة مستقبلا مع مصادر الطاقة المتجددة التي أدرجت، استقرار الشبكة وتحميل الاستواء حاسمة ويمكن أن يتحقق عن طريق إدماج تخزين الطاقة. الأكسدة والاختزال تدفق البطاريات (هيئات مصائد الأسماك) أحد الخيارات الواعدة لتخزين الطاقة على نطاق الشبكة. هيئات مصائد الأسماك التقليدية تحتوي على أغشية الأيوني الانتقائي التي تفصل بين الأنوليت والكاتوليت؛ على سبيل المثال، أظهرت رفب الفاناديوم كل تعمل بكفاءة عالية وطويلة دورة الحياة1،2. حصتها في السوق كمخزن للطاقة غير محدودة للغاية جزئيا بسبب مواد تضم مكلفة والأغشية الأيوني الانتقائي غير فعالة. من ناحية أخرى، تقدم بطارية تدفق يؤدي تدفق واحد قابل لذوبان (سلفب) بليكتشير et al. 1 , 2 , 3 , 4 , 5-“سلفب” الغشاء أقل لأنه يحتوي على واحد فقط من الأنواع النشطة، أيونات Pb(II). أيونات Pb(II) هي مطلي في مسرى إيجابية ك PbO2 ومسرى السلبية كالجريدة الرسمية في وقت واحد أثناء الشحن، وتحويل مرة أخرى إلى Pb(II) أثناء أداء. وهكذا يحتاج سلفب مضخة تداول واحدة وواحد اﻻلكتروﻻيت صهريج تخزين فقط، الذي بدوره يمكن أن يؤدي إلى تخفيض رأس المال والتكاليف التشغيلية بالمقارنة مع هيئات مصائد الأسماك التقليدية. المنشورة دورة حياة سلفبس، ولكن حتى الآن محدودة لدورات أقل من 200 تحت التدفق الطبيعي الظروف6،،من78،9،10.
العوامل التي تؤدي إلى حياة دورة سلفب قصيرة يقترن مبدئياً ترسب/انحلال PbO2 في مسرى إيجابية. أثناء عمليات الشحن/التفريغ، وجدت الحموضة المنحل بالكهرباء بزيادة أكثر من11من دورات عميق أو المتكررة، والبروتونات التي اقترحت للحث على توليد طبقة التخميل من غير المقايسة PbOx12، 13-سفك PbO2 ظاهرة أخرى تتعلق بتدهور سلفب. إلقاء PbO2 الجسيمات لا رجعة فيها ويمكن الاستفادة من لم يعد. انخفاض كفاءة coulombic (CE) سلفبس بالتبعية بسبب التفاعلات الكهروكيميائية غير متوازن، فضلا عن اليكتروديبوسيتس المتراكمة في كل أقطاب. لتمديد دورة حياة سلفبس، تثبيت pH تقلب وهيكل اليكتروديبوسيت الحاسمة. يوضح ورقة صدرت مؤخرا تعزيز الأداء وتمديد دورة حياة سلفبس مع إضافة خلات الصوديوم (ناواك) في ميثانيسولفونيك اﻻلكتروﻻيت11.
ويرد هنا، بروتوكول مفصل لتوظيف نواك كمادة مضافة للكهرباء ميثانيسولفونيك في سلفبس. يظهر أداء سلفب أن يتعزز ويمكن تمديد العمر بأكثر من 50 في المائة بالمقارنة مع سلفبس دون إضافات نواك. وباﻹضافة إلى ذلك، موضحة إجراءات لرمي قياس مؤشر (TI) ولأغراض المقارنة الكمي للآثار المضافة على اليكتروديبوسيشن. وأخيراً، يرد وصف لطريقة إعداد عينة مجهر الإلكتروني (SEM) المسح ضوئي اليكتروديبوسيت على أقطاب سلفب ويتجلى تأثير المواد المضافة على اليكتروديبوسيت في الصور المكتسبة.
Protocol
Representative Results
Discussion
وتصف هذه الورقة طريقة مقتصدة لتمديد دورة حياة سلفبس: عن طريق استخدام عامل نواك كمضافة المنحل بالكهرباء. هي preprocessed دفعة جديدة الكرافيت ولوحات النيكل المذكور في الخطوة 1 قبل تجارب ركوب طويلة الأجل. لأنه قد يتسبب عدم تناسق بين الأقطاب الكربونية التجارية انحراف الأداء سلفبس، أمر حاسم لإزالة ا…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
وأيده هذا العمل بوزارة العلوم والتكنولوجيا، R.O.C.، تحت رقم التمويل من مجلس الأمن القومي 102-2221-ه-002-146-، ومعظم 103-2221-ه-002-233-، ومعظم 104-2628-E-002-016-MY3.
Materials
| 70 mm cellulose filter paper | Advance | ||
| Autolab | Metrohm | PGSTA302N | |
| BT-Lab | BioLogic | BCS-810 | |
| commercial carbon composite electrode | Homy Tech,Taiwan | Density 1.75 g cm-3, and electrical conductivity 330 S cm-1 | |
| Diamond saw | Buehler | ||
| Hydrochloric Acid | SHOWA | 0812-0150-000-69SW | 35% |
| Lead (II) Oxide | SHOWA | 1209-0250-000-23SW | 98% |
| Lutropur MSA | BASF | 50707525 | 70% |
| nickel plate | Lien Hung Alloy Trading Co., LTD., Taiwan, | 99% | |
| Potassium Nitrate | Scharlab | 28703-95 | 99% |
| Scanning electron microscopy | JEOL | JSM-7800F | at accelerating voltage of 15 kV |
| Sodium Acetate | SHOWA | 1922-5250-000-23SW | 98% |
| water purification system | Barnstead MicroPure | 18.2 MΩ • cm |
References
- Soloveichik, G. L. Flow batteries: current status & trends. Chemical Reviews. 115 (20), 11533-11558 (2015).
- Ravikumar, M. K., Rathod, S., Jaiswal, N., Patil, S., Shukla, A. The renaissance in redox flow batteries. Journal of Solid State Electrochemistry. 21 (9), 2467-2488 (2017).
- Hazza, A., Pletcher, D., Wills, R. A novel flow battery: A lead acid battery based on an electrolyte with soluble lead (II) Part I. Preliminary studies. Physical Chemistry Chemical Physics. 6 (8), 1773-1778 (2004).
- Pletcher, D., Wills, R. A novel flow battery: A lead acid battery based on an electrolyte with soluble lead (II) Part II. Flow cell studies. Physical Chemistry Chemical Physics. 6 (8), 1779-1785 (2004).
- Pletcher, D., Wills, R. A novel flow battery-a lead acid battery based on an electrolyte with soluble lead (II). III. The influence of conditions on battery performance. Journal of Power Sources. 149, 96-102 (2005).
- Hazza, A., Pletcher, D., Wills, R. A novel flow battery-a lead acid battery based on an electrolyte with soluble lead (II). IV. The influence of additives. Journal of Power Sources. 149, 103-111 (2005).
- Pletcher, D., Zhou, H., Kear, G., Low, C. T. J., Walsh, F. C., Wills, R. G. A. A novel flow battery-A lead-acid battery based on an electrolyte with soluble lead (II). V. Studies of the lead negative electrode. Journal of Power Sources. 180 (1), 621-629 (2008).
- Pletcher, D., Zhou, H., Kear, G., Low, C. T. J., Walsh, F. C., Wills, R. G. A. A novel flow battery-A lead-acid battery based on an electrolyte with soluble lead (II). Part VI. Studies of the lead dioxide positive electrode. Journal of Power Sources. 180 (1), 630-634 (2008).
- Li, X., Pletcher, D., Walsh, F. C. A novel flow battery: a lead acid battery based on an electrolyte with soluble lead (II). Part VII. Further studies of the lead dioxide positive electrode. Electrochimica Acta. 54 (20), 4688-4695 (2009).
- Krishna, M., Fraser, E. J., Wills, R. G. A., Walsh, F. C. Developments in soluble lead flow batteries and remaining challenges: An illustrated review. Journal of Energy Storage. 15, 69-90 (2018).
- Lin, Y. -. T., Tan, H. -. L., Lee, C. -. Y., Chen, H. -. Y. Stabilizing the electrodeposit-electrolyte interphase in soluble lead flow batteries with ethanoate additive. Electrochimica Acta. 263, 60-67 (2018).
- Oury, A., Kirchev, A., Bultel, Y., Chainet, E. PbO2/Pb2+ cycling in methanesulfonic acid and mechanisms associated for soluble lead-acid flow battery applications. Electrochimica Acta. 71, 140-149 (2012).
- Oury, A., Kirchev, A., Bultel, Y. Potential response of lead dioxide/Lead (II) galvanostatic cycling in methanesulfonic acid: a morphologico-kinetics interpretation. Journal of The Electrochemical Society. 160 (1), A148-A154 (2013).
