Summary

Herstellung von VB<sub> 2</sub> / Air Cells für Elektrochemische Testing

Published: August 05, 2013
doi:

Summary

Ein Protokoll wird präsentiert, um Multi-Elektronen-Metall / Luft-Batterie-Systeme mit früheren Technologie für die Zink / Luft-Zelle entwickelt studieren. Elektrochemische Prüfung wird dann hergestellt Batterien durchgeführt, um die Leistung zu bewerten.

Abstract

Eine Technik, um die Eigenschaften und die Leistung der neuen Multi-Elektronen aufweisenden Metall / Luft-Batterie Systeme untersuchen vorgeschlagen und präsentiert. Ein Verfahren zur Synthese von nanoskopischen VB 2 sowie Schritt-für-Schritt-Verfahren zum Aufbringen einer Beschichtung Zirkonoxid zu den VB 2-Partikel zur Stabilisierung bei der Entlassung präsentiert. Das Verfahren für die Demontage der vorhandenen Zink / Luft-Zellen gezeigt, die neben den Bau des neuen Arbeitselektrode, die herkömmliche Zink / Luft-Zelle mit einer Anode der nanoskopischen VB 2 Anode ersetzen. Schließlich wird eine Entladung der fertigen VB 2 / Luft-Batterie beschrieben. Wir zeigen, dass die Verwendung der Zink / Luft-Zelle als Prüfstand ist nützlich, um eine konsistente Konfiguration, um die Leistung der High-Energie mit hoher Kapazität nanoscopic VB 2 Anode studieren zu stellen.

Introduction

Vanadium Diborid als Anode hat eine der höchsten volumetrischen Ladekapazität aller Anodenmaterial. Dieses Protokoll stellt eine Methode zur Untersuchung dieses faszinierende Material. Metallisches Zink ist die vorherrschende Anodenmaterial in primären wässrigen Systemen durch Zinkmetall High Zwei-Elektronen volumetrischen und gravimetrischen Ladung Speicherkapazitäten von 5,8 kAh L -1 und 820 Ah kg -1. * Die Zink-Kohle-Batterie, bekannt als Leclanché die Zelle, wurde zum ersten Mal im 19. Jahrhundert eingeführt, die Kombination einer Anode aus Zink mit einem Mangandioxid (Kohlenstoff Stromabnehmer) Kathode in einer Chlorid-Elektrolyt 1. Die gemeinsame alkalische Batterie nutzt dieselbe Paar, aber ersetzt die Chlorid Elektrolyten mit einer wäßrigen Alkali-Elektrolyt. Zusammen Zink-Kohle-und Alkali-Batterien umfassen die Mehrheit der primären Batterien verkauft 1. Wenn die Mangandioxidkathode im alkalischen Zelle ersetzt wirddurch einen Luft-Kathode werden wesentlich höhere Energiespeicherkapazitäten erreicht. Diese Zink-Luft-Batterie nutzt Sauerstoff aus der Luft, und wird häufig in Hörgeräte-Batterien 1-3 gefunden.

Unsere Suche nach höherer Kapazität Batteriespeicher wurde auf Materialien, die mehrere Elektronen pro Molekül 4-11 übertragen können konzentriert. Unter der Vielzahl von Redox-Paare, die wir untersucht haben, steht VB 2 out als außerordentlicher alkalischen Anode freisetzen kann 11 Elektronen pro VB 2, mit volumetrischen und gravimetrischen Kapazitäten von 20,7 kAh L -1 und 4060 Ah kg -1 sind. * In 2004 Yang und Mitarbeiter berichteten über die Entlastung der VB 2, sondern auch dokumentiert den erweiterten Bereich, in dem VB 2 ist anfällig für Korrosion in alkalischen Medien 12. Im Jahr 2007 berichteten wir, dass eine Beschichtung auf der VB 2-Teilchen diese Korrosions-13 verhindert, was zu einer Demonstration der VB 2 / Luft-battery in 2008 14.

In diesem Beitrag stellen wir ein Protokoll verwendet, um neue Metall / Luft-Systeme, die die Technologie bereits für die Zink / Luft-Zelle entwickelt, um den VB 2 / Luft-Zelle angelegt zu untersuchen. A 2 nanoscopicVB Anode als hochenergetische hoher Leistungsdichte Anode Lage ist, eine ein elf-Elektronen-Oxidationsreaktion zu der theoretischen intrinsischen Kapazität von 4060 Ah dargestellt kg -1 bei erhöhter Batteriespannung und Batterie Belastbarkeit. Die VB 2 / Luft-Paar verwendet einen alkalischen Elektrolyten KOH / NaOH, unter Verwendung des gleichen Sauerstoff-Luft-Kathode aus der Zink / Luft-Zelle 1 extrahiert. Der Kohlenstoff Elektrokatalysator Kathode während der Entladung nicht verbraucht.

Es besteht ein Bedürfnis nach einem besseren Verständnis der VB 2 / Luft-System, um eine weitere Verbesserung der Leistung der Zelle. Die Eigenschaften und Leistung von nanoskopischen VB 2 Materialien erkundet mit t werdener Zellenanordnung der Zink / Luft-Zelle 15,16. Elektrochemische Prüfung kann für nanoskopische VB 2 durchgeführt werden Performance durch den Prozent Effizienz vergleichen zu verschiedenen Preisen.

Protocol

1. Vorbereitung Nano-VB 2 Nanoskopische VB 2 direkt aus elementarem Vanadium und Bor über Kugelmühle in einem 1:2-Molverhältnis synthetisiert. Reinigen Sie eine 50 ml Hartmetall Mahlgefäß und zehn 10-mm Wolframkarbidkugeln. Chemische unter Luft in einem Ofen bei 100 ° C für 1 Stunde, um das gesamte Wasser verdampft ist sicherzustellen. Wischen Sie das Innere des Mahlgefäß keinen Rückstand bleibt gewährleisten, wiederholen Sie Schritt 1,1,…

Representative Results

Elektrochemische Tests durchgeführt, um die Leistung von VB 2 / Luft-Batterien zu bestimmen. Die Ergebnisse für mehrere Zellen erhalten den Nachweis für die Reproduzierbarkeit der Leistung der Zelle. Abbildung 1 vergleicht die VB 2 / Luft-Batterien während einer 3.000 Ohm (links) und 1.000 Ohm (rechts) Entladung. Beachten Sie, dass die Entladespannung, sowie der Anteil des 4.060 Ah -1 intrinsische Kapazität KG höher mit nanoskopischen VB 2 Anode gegenüb…

Discussion

Der Bau des VB 2 / Luft-Batterie auf diese Weise bietet die Möglichkeit zu studieren und erforschen die elf Elektronen pro Molekül, die Charge-Transfer tritt damit die Möglichkeit für einen neuen Akku mit hoher Kapazität. Wenn erhaltenen Ergebnisse zeigen nicht reproduzierbare Ergebnisse zu gewährleisten, dass alle von der Zinkanode aus der Batterie entnommen wurde, dass es eine gleichmäßige Verteilung des aktiven Materials auf der Kappe, und daß die Zellen ordnungsgemäß ohne Leckagen verklebt. Wen…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Die Autoren bedanken sich bei der National Science Foundation Award 1006568 zur Finanzierung dieses Projekts zu bestätigen.

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  

References

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Cite This Article
Stuart, J., Lopez, R., Lau, J., Li, X., Waje, M., Mullings, M., Rhodes, C., Licht, S. Fabrication of VB2/Air Cells for Electrochemical Testing. J. Vis. Exp. (78), e50593, doi:10.3791/50593 (2013).

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