Fabrication de VB<sub> 2</sub> / Cellules d'air pour électrochimique Testing
Summary
Un protocole est présenté à étudier métallique multi-électrons / systèmes de batteries de l'air en utilisant la technologie développée pour la précédente cellule zinc / air. Test électrochimique est alors effectué sur des batteries fabriquées pour évaluer la performance.
Abstract
Une technique pour étudier les propriétés et les performances des nouveaux systèmes de batterie métal / air multi-électron est proposé et présenté. Procédé de synthèse d'nanoscopique VB 2 est présenté ainsi que la procédure étape par étape d'application d'un revêtement d'oxyde de zirconium pour les deux particules VB de stabilisation lors de la décharge. Le processus de démontage des cellules zinc / air existant est représenté, dans la construction d'addition de la nouvelle électrode de travail afin de remplacer l'anode de la cellule zinc / air classique avec un nanoscopique la VB 2 anode. Enfin, le rejet de la VB terminé 2 / batterie air est rapporté. Nous montrons que l'utilisation de la pile zinc / air comme un banc d'essai est utile de fournir une configuration cohérente pour étudier la performance de la haute énergie de grande capacité nanoscopique VB 2 anode.
Introduction
Vanadium diborure d'anode a entre la capacité de charge volumique la plus élevée de tout matériau d'anode. Ce protocole introduit une méthode pour l'étude de ce matériau fascinant. Métallique de zinc a été le matériau d'anode prédominante dans des systèmes aqueux primaire due à haute volumétrique à deux électrons du métal de zinc et gravimétriques des capacités de stockage de charge de 5,8 kAh L -1 et 820 Ah kg-1, respectivement. * La pile au zinc-carbone, connu sous le nom la cellule Leclanché, a été introduite dans le 19 ème siècle, alliant une anode en zinc avec un dioxyde de manganèse (collecteur de courant en carbone) de cathode dans un électrolyte de chlorure 1. La pile alcaline commune utilise le même couple, mais remplace l'électrolyte de chlorure avec un électrolyte aqueux d'hydroxyde alcalin. Ensemble piles zinc-carbone et alcalines constituent la majorité des piles primaires vendu 1. Lorsque la cathode en dioxyde de manganèse dans la pile alcaline est remplacépar une cathode à air, des capacités de stockage d'énergie sensiblement plus élevés sont obtenus. Cette batterie zinc-air utilise l'oxygène de l'air, et se trouve couramment dans les piles d'appareils auditifs 1-3.
Notre recherche pour le stockage de la batterie de plus grande capacité a mis l'accent sur les matériaux qui peuvent transférer plusieurs électrons par molécule 4-11. Parmi la grande variété de couples redox nous avons exploré, VB 2 se distingue comme une anode alcaline extraordinaire capable de libérer 11 électrons par VB 2, avec volumétriques et gravimétriques capacités de 20,7 kAh L -1 et 4060 Ah kg -1 respectivement. * En 2004 Yang et ses collègues ont signalé le rejet de VB 2, mais aussi documenté le domaine étendue dans laquelle VB 2 est sensible à la corrosion dans des milieux alcalins 12. En 2007, nous avons signalé que d'un revêtement sur les 2 particules VB empêche cette corrosion 13, menant à la démonstration de la VB 2 / air battery en 2008 14.
Dans cet article, nous présentons un protocole utilisé pour étudier de nouveaux systèmes métal / air utilisant la technologie déjà développée pour la pile zinc / air appliqué à la VB 2 / cellule d'air. Un nanoscopicVB 2 anode est présenté comme une anode à haute densité de puissance à haute énergie capable de présenter une réaction d'oxydation de onze électrons approchant la capacité intrinsèque théorique de 4060 Ah kg -1 à une augmentation de tension de la batterie et de la capacité de charge de la batterie. Le couple VB 2 / pneumatique utilise un électrolyte alcalin de KOH / NaOH, en utilisant la même cathode à air de l'oxygène extrait de la cellule zinc / air 1. La cathode d'électro-carbone ne soit pas consommé au cours de la décharge.
Il existe un besoin pour une meilleure compréhension du VB 2 / système d'air afin d'améliorer encore les performances de la cellule. Les propriétés et les performances de nanoscopiques VB 2 matériaux peuvent être utilisés pour explorer le tconfiguration de la cellule, il de la cellule zinc / air 15,16. Test électrochimique peut être effectuée pour nanoscopique VB 2 pour comparer les performances grâce à l'efficacité pour cent à des taux différents.
Protocol
Representative Results
Discussion
La construction de la VB 2 / batterie air de cette manière donne la possibilité d'étudier et d'enquêter sur les onze électrons par transfert de charge de la molécule qui se produit, en prévoyant la possibilité d'une nouvelle batterie haute capacité. Si les résultats obtenus ne démontrent pas des résultats reproductibles, assurez-vous que tout le matériau d'anode en zinc a été retiré de la batterie, qu'il ya une dispersion uniforme de matière active sur le bouchon, et que l…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Les auteurs tiennent à remercier le Prix de la Fondation nationale des sciences 1006568 pour le financement de ce projet.
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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