Tillverkning av VB<sub> 2</sub> / Luftceller för elektrokemiska Testing
Summary
Ett protokoll presenteras studera flera elektron metal / luftsystem batteri med tidigare teknik som utvecklats för zink / luft-cell. Elektrokemiska tester utförs sedan på fabricerade batterier för att utvärdera prestanda.
Abstract
En teknik för att undersöka de egenskaper och prestanda hos nya multi-elektron metall / luft-batteri system föreslås och presenteras. En metod för att syntetisera nanoskopiska VB 2 presenteras samt steg-för-steg för att tillämpa en zirkonium oxid beläggning på VB 2 partiklar för stabilisering vid utskrivning. Processen för demontering befintliga zink / luft celler visas, förutom byggandet av den nya arbetar elektroden för att ersätta den konventionella zink / luft cell anod med en nanoskopisk VB 2 anod. Slutligen är urladdning av den färdiga VB 2 / luft batteri rapporterats. Vi visar att användning av zink / luft-cell som en testbädd är lämpligt att ge en enhetlig utformning för att studera funktionen av hög energi hög kapacitet nanoskopiska VB 2 anod.
Introduction
Vanadin diboride som en anod har bland de högsta volymetriska laddningskapacitet någon anod material. Detta protokoll införs en metod för att studera detta fascinerande material. Metalliskt zink har varit den dominerande anodmaterialet i vattenbaserade primära system på grund av zinkmetall höga två-elektron volymetriska och gravimetriska laddning lagringskapacitet på 5,8 kAh L -1 och 820 Ah kg -1, respektive. * Den zink-kol-batterier, som kallas den Leclanche cellen, introducerades först i 19-talet, kombinerar en zinkanod med mangandioxid (kol strömavtagare) katod i en klorid elektrolyt 1. Den gemensamma alkaliskt batteri använder samma par, men ersätter klorid elektrolyten med en vattenbaserad alkalihydroxid elektrolyt. Tillsammans zink-kol och alkaliska batterier utgör majoriteten av batterier sålda 1. När mangandioxid i den alkaliska cellen ersättsgenom en luftkatod är väsentligt högre energi lagringskapacitet uppnås. Detta zink-luft batteri använder syre från luften, och är vanligt förekommande i hörselhjälpmedel batterier 1-3.
Vårt sökande efter högre kapacitet batteri lagring har fokuserat på material som kan överföra flera elektroner per molekyl 4-11. Bland de många olika redoxpar vi har utforskat, står VB 2 som en extraordinär alkalisk anod kan frigöra 11 elektroner per VB 2, med volymetrisk och gravimetrisk kapacitet 20,7 kAh L -1 och 4060 Ah kg -1 respektive. * I 2004, Yang och medarbetare rapporterade utsläpp av VB 2, men även dokumenterat det utökade området där VB 2 är känslig för korrosion i alkaliska medier 12. Under 2007 rapporterade vi att en beläggning på VB 2 partiklarna förhindrar korrosion 13, vilket leder till demonstration av VB 2 / luft battery 2008 14.
I detta papper presenterar vi ett protokoll som används för att undersöka nya metall / luft-system som utnyttjar teknik som tidigare utvecklats för zink / luft-cell som tillämpas på VB 2 / luft cell. En nanoscopicVB 2 anod presenteras som en hög energi med hög effekttäthet anod kan uppvisa en elva-elektron oxidation reaktion närmar sig teoretiska inneboende kapacitet på 4060 Ah kg -1 vid ökad batterispänning och batteriets last förmåga. VB 2 / luft paret använder en alkalisk elektrolyt av KOH / NaOH, anställa samma katod syre luft ur zink / luft-cell 1. Kolet elektrokatalysatorn katoden förbrukas inte under urladdning.
Det föreligger ett behov av en större förståelse VB 2 / luftsystem för att ytterligare förbättra cellernas prestanda. De egenskaper och prestanda hos nanoskopiska VB 2 material kan undersökas med hjälp av tHan cell konfiguration av zink / luft-cell 15,16. Elektrokemiska tester kan utföras för nanoskopisk VB 2 att jämföra prestanda genom procent verkningsgrad vid olika hastigheter.
Protocol
Representative Results
Discussion
Konstruktion av VB 2 / luft-batteri på detta sätt ger möjlighet att studera och undersöka de elva elektroner per molekyl laddningsöverföringskomplex som sker, vilket gör att möjligheten för ett nytt batteri med hög kapacitet. Om resultaten visar inte reproducerbara resultat, se till att all zink anod material avlägsnades från batteriet, att det finns en jämn dispersion av aktivt material på locket, och att cellerna är ordentligt limmade utan några läckor. Om ett problem kvarstår, se till att…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Författarna vill tacka för National Science Foundation Award 1006568 för att finansiera detta 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).
