Fabrikasjon av VB<sub> 2</sub> / Air Cells for Elektrokjemisk Testing
Summary
En protokoll er presentert for å studere multi-elektron metall / luft batteri systemer ved hjelp av tidligere teknologi utviklet for sink / luft celle. Elektrokjemisk testing utføres deretter på fabrikkerte batterier for å evaluere resultatene.
Abstract
En teknikk for å undersøke egenskaper og ytelse av nye multi-elektron metall / luft batteri systemer er foreslått og presentert. En fremgangsmåte for å syntetisere nanoscopic VB 2 er presentert i tillegg til trinn-for-trinn fremgangsmåte for påføring av et zirkonium-oksid belegg til VB-2 partikler for stabilisering ved utskrivning. Fremgangsmåte for demontering av eksisterende sink / luft-celler er vist, i tillegg konstruksjonen av den nye arbeidselektroden for å erstatte den konvensjonelle sink / luft-celle med en anode nanoscopic VB 2-anode. Endelig er utladning av den ferdige VB 2 / luft batterier rapportert. Vi viser at bruk av sink / luft celle som en test seng er nyttig å gi en konsistent konfigurasjon for å studere resultatene av høy energi høykapasitets nanoscopic VB 2 anode.
Introduction
Vanadium diboride som en anode har blant de høyeste volumetrisk ladekapasitet på noe anode materiale. Denne protokollen introduserer en metode for å studere denne fascinerende materiale. Metallisk sink har vært den dominerende anodemateriale i vandige primære systemer på grunn av sink metall høye to-elektron volumetrisk og gravimetrisk lade lagringskapasitet på 5,8 Kah L -1 og 820 Ah kg -1, henholdsvis. * The sink-karbon batteri, kjent som den Leclanche celle, ble først introdusert i det 19. århundre, som kombinerer en sink anode med en mangan dioksid (karbon strømavtaker) katoden i et klorid elektrolytt en. Den vanlige alkalisk batteri bruker det samme par, men erstatter klorid elektrolytt med et vandig alkalihydroksyd elektrolytt. Sammen sink-karbon og alkaliske batterier utgjør majoriteten av primære batterier solgt en. Når den mangandioksyd katoden i det alkaliske celle er erstattetav en luft katode, er vesentlig høyere energi lagringskapasitet oppnådd. Denne sink-luft batterier benytter oksygen fra luften, og er ofte funnet i høreapparat batterier 1-3.
Vår søken etter høyere kapasitet batteri lagring har fokusert på materialer som kan overføre flere elektroner per molekyl 4-11. Blant det store utvalget av redoks par vi har utforsket, står VB 2 ut som en ekstraordinær alkalisk anode stand til å slippe 11 elektroner per VB to, med volum og gravimetriske kapasitet på 20,7 Kah L -1 og 4060 Ah kg -1 henholdsvis. * I 2004, Yang og medarbeidere rapporterte utslipp av VB 2, men også dokumentert den utvidede domenet der VB 2 er utsatt for korrosjon i alkaliske medier 12. I 2007 rapporterte vi at et belegg på VB para partikler hindrer dette korrosjon 13, som fører til demonstrasjon av VB 2 / luft battery i 2008 14.
I denne artikkelen presenterer vi en protokoll som brukes til å undersøke nye metall / luft som anvender teknologien tidligere utviklet for sink / luft celle som brukes på VB 2 / luft celle. En nanoscopicVB 2 anode er presentert som en høy-energi høy effekt tetthet anode stand til å stille en elleve-elektron oksidasjonsreaksjon nærmer den teoretiske iboende kapasitet på 4060 Ah kg -1 økt batteri spenning og batteri lastekapasitet. Den VB 2 / luft par anvender en alkalisk elektrolytt av KOH / NaOH, anvendelse av den samme oksygen luftkatoden ekstraheres fra sink / luftcelle 1.. Den karbon elektrokatalysator katoden er ikke konsumert under utladning.
Det eksisterer et behov for en større forståelse VB 2 / luft-system for videre å forbedre celle-ytelse. Egenskapene og av nanoscopic VB para materialene kan utforskes ved hjelp av than celle konfigurasjonen av sink / luftcelle 15,16. Elektrokjemisk testing kan utføres for nanoscopic VB 2 å sammenligne ytelse gjennom prosent effektivitet på ulike priser.
Protocol
Representative Results
Discussion
Byggingen av VB 2 / luft batterier på denne måten gjør det mulig å studere og undersøke de elleve elektroner per molekyl lade overføring som oppstår, slik at muligheten for en ny høy kapasitet batteri. Hvis oppnådde resultater ikke demonstrere reproduserbare resultater, sørge for at alle de sinkanode materiale ble fjernet fra batteriet, at det er en jevn dispersjon av aktivt materiale på hetten, og at cellene blir riktig limt uten noen lekkasjer. Hvis et problem vedvarer, sørge for at batteriene e…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Forfatterne ønsker å takke National Science Foundation Award 1006568 for finansiering dette prosjektet.
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).
