Fabrikation af VB<sub> 2</sub> / Air Celler til Elektrokemisk Testing
Summary
En protokol er præsenteret for studere multi-elektron metal / luft batteri systemer ved hjælp af tidligere teknologi udviklet til zink / luft-celle. Elektrokemisk test udføres dernæst på fabrikerede batterier til at evaluere performance.
Abstract
En teknik til at undersøge egenskaber og opførelse af nye multi-elektron metal / luft batteri systemer er foreslået og præsenteres. En fremgangsmåde til at syntetisere nanoskopiske VB 2 præsenteres samt trin-for-trin procedure for anvendelse af en zirconiumoxid belægning til VB 2 partikler til stabilisering ved udladning. Fremgangsmåden til demontering eksisterende zink / luft-celler er vist foruden opførelsen af den nye arbejdselektrode at erstatte den konventionelle zink / luft-celle anode med en nanoskopiske VB 2 anode. Endelig er udledning af den udfyldte VB 2 / luft batteri rapporteret. Vi viser, at brugen af zink / luft-celle som en test seng er nyttigt at give en konsistent konfiguration til at studere udførelsen af højenergi-høj kapacitet nanoskopiske VB 2 anode.
Introduction
Vanadium diborid som anode har blandt de højeste volumetriske opladningskapacitet enhver anodemateriale. Denne protokol indfører en metode til at studere denne fascinerende materiale. Metallisk zink har været den fremherskende anode materiale i vandige primære systemer på grund af zink metal høje to-elektron volumetrisk og gravimetrisk charge lagerkapacitet på 5,8 kah L -1 og 820 Ah kg -1, hhv. * Zink-carbon batteri, kendt som Den Leclanché celle blev først indført i det 19. århundrede, der kombinerer en zink anode med en mangandioxid (carbon strømaftager) katode i en chlorid elektrolyt 1.. Den fælles alkalisk batteri udnytter samme par, men erstatter chlorid elektrolyt med en vandig alkalihydroxid elektrolyt. Sammen zink-kul-og alkaliske batterier udgør størstedelen af primære batterier, der sælges 1.. Når Mangandioxidelementer i alkalinecelle erstattesaf en luftkatode er væsentligt højere energi lagerkapacitet opnået. Denne zink-luft-batteri bruger ilt fra luften, og er almindeligt forekommende i høreapparat batterier 1-3.
Vores søgen efter højere kapacitet batteri oplagring har fokuseret på materialer, der kan overføre flere elektroner per molekyle 4-11. Blandt de mange forskellige redoxpar vi har udforsket, skiller VB 2 som en ekstraordinær alkalisk anode stand til at frigive 11 elektroner pr VB 2, med volumetriske og gravimetriske kapacitet 20,7 kah L -1 og 4060 Ah kg -1 hhv. * I 2004 Yang og medarbejdere rapporterede udledning af VB 2, men også dokumenteret den udvidede område, hvor VB 2 er modtagelige for korrosion i alkali medier 12. I 2007 rapporterede vi at en belægning på VB 2 partiklerne forhindrer denne korrosion 13, hvilket fører til demonstration af VB 2 / luft battery i 2008 14..
I denne artikel præsenterer vi en protokol, der bruges til at undersøge nye metal / luft-systemer anvender teknologien tidligere udviklet til zink / luft-celle, som anvendes til VB 2 / luft-celle. En nanoscopicVB 2 anode præsenteres som en høj-energi med høj effekttæthed anode stand til at udvise en elleve-elektron oxidation reaktion nærmer den teoretiske iboende kapacitet på 4060 Ah kg -1 ved øget batterispænding og batteriets belastning kapacitet. VB 2 / luft par bruger en alkalisk elektrolyt KOH / NaOH, anvender den samme ilt luftkatoden udvundet fra zink / luft-celle 1.. Kulstof elektrokatalytiske katode ikke indtages under afladning.
Der eksisterer et behov for en større forståelse VB 2 / luft-system med henblik på yderligere at forbedre celle ydeevne. De egenskaber og opførelse af nanoskopiske VB 2 materialer kan udforskes ved hjælp than celle konfiguration af zink / luft-celle 15,16. Elektrokemisk test kan udføres for nanoskopiske VB 2 at sammenligne resultater gennem procent effektivitet på forskellige satser.
Protocol
Representative Results
Discussion
Byggeriet af VB 2 / luft batteri på denne måde giver mulighed for at studere og undersøge de elleve elektroner per molekyle ladningsoverførsel, der opstår, så muligheden for et nyt batteri med høj kapacitet. Hvis resultaterne viser ikke reproducerbare resultater, sikre, at alle zinkanoden materiale blev fjernet fra batteriet, at der er en jævn fordeling af aktivt materiale på hætten, og at cellerne er korrekt limet uden lækager. Hvis problemet fortsætter med at opstå, at batterierne er Panasonic …
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Forfatterne vil gerne anerkende National Science Foundation Award 1006568 til finansiering dette projekt.
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 |
Referências
- 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).
