Herstellung von VB<sub> 2</sub> / Air Cells für Elektrochemische Testing
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
Representative Results
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…
Declarações
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 |
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).
