הארכת תוחלת החיים של זרימה מסיסים עופרת סוללות עם תוסף סודיום אצטט
Summary
פרוטוקול לבנייה של עופרת מסיסים זרימה סוללה עם תוחלת החיים מורחב, נתרן אשר מסופק אצטט האלקטרוליט methanesulfonic כתוסף, מוצג.
Abstract
בדו ח זה, אנו מציגים שיטה לבנייה של סוללה הזרימה הראשי מסיסים (SLFB) עם חיים מחזור מורחבת. על ידי אספקת כמות מספקת של סודיום אצטט (NaOAc) כדי האלקטרוליט, סיומת החיים מחזור של מעל 50% הוא הפגין לניסויים SLFBs ויה לטווח ארוך galvanostatic טעינה/פריקה. איכות גבוהה יותר של electrodeposit2 PbO על האלקטרודה החיובית מאומתת באופן כמותי עבור אלקטרוליט NaOAc-נוסף על ידי זריקת מדידות אינדקס (TI). תמונות נרכשה על-ידי סריקת מיקרוסקופ אלקטרונים (SEM) גם התערוכה משולב יותר PbO מורפולוגיה2 משטח כאשר SLFB מופעל עם האלקטרוליט NaOAc-נוסף. עבודה זו מציינת כי השינוי אלקטרוליט ניתן מסלול סביר מבחינה כלכלית לאפשר SLFBs לאחסון אנרגיה בקנה מידה גדול.
Introduction
מקורות אנרגיה מתחדשים כולל שמש ורוח פותחו במשך עשרות שנים, אך טבעם לסירוגין מציב אתגרים גדולים. עבור רשת החשמל העתידי עם מקורות אנרגיה מתחדשים, שילב, טען איזון וייצוב רשת קריטיות, יכולה להיות מושגת באמצעות שילוב אחסון אנרגיה. חמצון-חיזור זרימה סוללות (RFBs) הם אחת מהאפשרויות מבטיח לאחסון אנרגיה סרגל רשת. RFBs מסורתית מכילים יון סלקטיבי ממברנות הפרדת anolyte catholyte; לדוגמה, כל ונדיום RFB הראה לפעול עם יעילות גבוהה, הרבה זמן מחזור חיים1,2. עם זאת, את נתח השוק שלהם כמו אחסון אנרגיה מצומצמת מאוד בחלקו עקב הכולל בחומרים יקרים ממברנות יון בררניים יעילים. מצד שני, סוללה זרימה עופרת מסיסים יחיד-זרימה (SLFB) מוצג על-ידי. Plectcher et al. 1 , 2 , 3 , 4 , 5. SLFB ה היא ממברנה-פחות מאחר שהוא כולל מינים פעילה אחת בלבד, Pb(II) יונים. Pb(II) יונים הן electroplated על האלקטרודה החיובית PbO2 ו האלקטרודה השלילית כמו חמאת בוטנים בו זמנית במהלך טעינה, להמיר חזרה ל- Pb(II) במהלך פריקה. SLFB ובכך צריך משאבה מחזור אחד אלקטרוליט אחד אחסון טנקים בלבד, אשר בתורו יכול העלול להוביל את הבירה מופחת ועלות מבצעית לעומת RFBs המקובלת. שפורסם מחזור החיים של SLFBs, זאת, עד כה מוגבל לפחות מ 200 מחזורים תחת זרימה תקינה תנאים6,7,8,9,10.
גורמים מובילים SLFB מחזור חיים קצר קשורה preliminarily התצהיר/פירוק PbO2 בבית האלקטרודה החיובית. במהלך תהליכי טעינה/פריקה, החומציות אלקטרוליט הוא נמצא כדי להגדיל את מחזורי עמוק או חוזרות ונשנות11, פרוטונים מוצעים כדי לגרום את הדור של שכבת פסיבציה של הלא-stoichiometric PbOx12, 13. שפיכת PbO2 הוא תופעה אחרת הקשורה SLFB השפלה. לשפוך PbO חלקיקי2 הן בלתי הפיכות, כבר לא יכול להיות מנוצל. יעילות coulombic (CE) SLFBs consequentially מסרב בגלל תגובות אלקטרוכימיות מאוזנת, כמו גם electrodeposits שהצטברו אצל שתי אלקטרודות. כדי להאריך את מחזור החיים של SLFBs, ייצוב ה-pH תנודות ומבנה electrodeposit הם קריטיים. עיתון האחרונות מפגינה ביצועים משופרים, ו מחזור מורחבת החיים של SLFBs עם תוספת של סודיום אצטט (NaOAc) methanesulfonic אלקטרוליט11.
. הנה, מתואר פרוטוקול מפורט על העסקת NaOAc כתוסף כדי אלקטרוליט methanesulfonic SLFBs. ההופעה SLFB מוצג כדי להיות משופרת, ניתן להאריך את תוחלת החיים על ידי למעלה מ- 50% בהשוואה SLFBs ללא תוספים NaOAc. בנוסף, נהלי לזרוק אינדקס (TI) מדידה מומחשים לצורך השוואה כמותית של השפעות מוספים על electrodeposition. לבסוף מתוארת שיטה הכנה מדגם מיקרוסקופ אלקטרונים (SEM) סריקה עבור electrodeposit על SLFB אלקטרודות, ההשפעה מוספים על electrodeposit באה לידי ביטוי בתמונות הנרכש.
Protocol
Representative Results
Discussion
מאמר זה מתאר שיטה חסכונית כדי להאריך את מחזור החיים של SLFBs: על ידי העסקת סוכן NaOAc בתור אלקטרוליט מוספים. אוסף של אלקטרודות גרפיט טריים וצלחות ניקל הם בקובייה כמו הנ ל. בשלב 1 לפני ניסויים אופניים לטווח ארוך. בגלל חוסר עקביות בין אלקטרודות פחמן מסחרי עלול לגרום ביצועים חריגה של SLFBs, רעלני פיזיק…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
עבודה זו נתמכה על ידי משרד המדע והטכנולוגיה, R.O.C., תחת המספר המימון של המועצה לבטחון לאומי 102-2221-E-002 – 146-, רוב 103-2221-E-002 – 233 – ולאחר 104-2628-E-002-016-MY3 רוב.
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).
