Estendendo a vida útil das baterias de fluxo chumbo solúvel com um aditivo de acetato de sódio
Summary
Um protocolo para a construção de uma bateria de fluxo de chumbo solúvel com uma vida útil prolongada, no qual sódio acetato é fornecido no eletrólito metanossulfônico como aditivo, é apresentado.
Abstract
Neste relatório, nós apresentamos um método para a construção de uma bateria de fluxo de chumbo solúvel (SLFB) com uma ciclo prolongado de vida. Fornecendo uma quantidade adequada de acetato de sódio (NaOAc) para o eletrólito, uma extensão de ciclo de vida de mais de 50% é demonstrada por SLFBs através de galvanostatic a longo prazo, carga/descarga e experimentos. Uma maior qualidade da eletrodeposição de2 PbO para o eletrodo positivo é validada quantitativamente para eletrólito NaOAc-adicionado lançando medições de índice (TI). Imagens adquiridas por microscopia eletrônica (SEM) também apresentam mais integrada PbO2 morfologia superficial quando o SLFB é operado com o eletrólito de NaOAc-adicionado. Este trabalho indica que a modificação do eletrólito pode ser um caminho plausível para habilitar economicamente SLFBs para armazenamento de energia em grande escala.
Introduction
Vento e fontes de energia renováveis, incluindo solar foram desenvolvidos há décadas, mas sua natureza intermitente coloca grandes desafios. Para uma rede de energia futura com fontes de energia renováveis incorporada, estabilização de grade e redistribuição de carga são críticas e podem ser alcançados através da integração de armazenamento de energia. Baterias de fluxo redox (RFBs) são uma das opções promissoras para o armazenamento de energia de grade escala. RFBs tradicionais contêm íon-seletivo membranas separando anolito e catholyte; por exemplo, a RFB tudo-vanádio tem mostrado para operar com alta eficiência e um longo ciclo de vida1,2. No entanto, a sua quota de mercado, como o armazenamento de energia é muito limitada em parte devido à composta de materiais caros e ineficazes membranas íon-seletivo. Por outro lado, uma bateria de fluxo único fluxo chumbo solúvel (SLFB) é apresentada por Plectcher et al . 1 , 2 , 3 , 4 , 5. the SLFB é membrana menos porque tem apenas uma espécie de ativa, íons Pb(II). PB(II) íons são galvanizadas para o eletrodo positivo como PbO2 e o elétrodo negativo como Pb simultaneamente durante o carregamento e converter de volta para Pb(II) durante o descarregamento. Um SLFB, portanto, precisa de um circulador e um eletrólito tanque de armazenamento, que por sua vez pode potencialmente levar a redução de capital e custos operacionais em relação ao convencionais RFBs. A vida de ciclo publicado de SLFBs, no entanto, até agora é limitada a menos de 200 ciclos sob fluxo normal condições6,7,8,9,10.
Fatores que conduzem a uma vida de ciclo curta SLFB são preliminarmente associadas com deposição/dissolução de PbO2 para o eletrodo positivo. Durante os processos de carga/descarga, encontra-se a acidez do eletrólito aumento profundo ou repetidos ciclos11e prótons são sugeridos para induzir a geração de uma camada de passivação de não-estequiométricos PbOx12, 13. o derramamento de PbO2 é um outro fenômeno relacionado à degradação SLFB. Galpão de PbO2 partículas são irreversíveis e já não podem ser utilizadas. A eficiência de coulombic (CE) do SLFBs consequentemente declina por causa de reações eletroquímicas desequilibradas, bem como electrodeposits acumuladas em ambos os eletrodos. Para estender o ciclo de vida de SLFBs, estabilizando o pH flutuação e estrutura de eletrodeposição são críticos. Um estudo recente demonstra um desempenho aprimorado e prolongado ciclo de vida de SLFBs com adição de acetato de sódio (NaOAc) em metanossulfônico eletrólito11.
Aqui, um protocolo detalhado para empregar NaOAc como um aditivo para o eletrólito metanossulfônico em SLFBs é descrito. O desempenho de SLFB é mostrado para ser aprimorado e a expectativa de vida pode ser estendida por mais de 50% em comparação com SLFBs sem aditivos de NaOAc. Além disso, os procedimentos para atirar a medição do índice (TI) são ilustrados para efeitos de comparação quantitativa dos efeitos aditivos na eletrodeposição. Finalmente, é descrito um varredura microscopia eletrônica de varredura (MEV) método de preparação de amostra para eletrodeposição em eletrodos SLFB e o aditivo impacto sobre eletrodeposição manifesta-se em imagens adquiridas.
Protocol
Representative Results
Discussion
Este artigo descreve um método econômico para estender a ciclo de vida de SLFBs: empregando NaOAc agente como um aditivo de eletrólito. Um lote de eletrodos de grafite fresco e placas de níquel são pré-processados como acima mencionado na etapa 1 antes experimentos de ciclismo a longo prazo. Porque inconsistência entre os elétrodos do carbono comercial pode causar desvio de desempenho dos SLFBs, o pré-tratamento físico-químicas na etapa 1.4 é fundamental para remover os resíduos de superfície. A segunda par…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabalho foi financiado pelo Ministério da ciência e tecnologia, R.O.C., sob o número de financiamento de NSC 102-2221-E-002 – 146-, a maioria dos 103-2221-E-002 – 233 – e a maioria dos 104-2628-E-002-016-MY3.
Materials
| 70 mm cellulose filter paper | Advance | ||
| Autolab | Metrohm | PGSTA302N | |
| BT-Lab | BioLogic | BCS-810 | |
| commercial carbon composite electrode | Homy Tech,Taiwan | Density 1.75 g cm-3, and electrical conductivity 330 S cm-1 | |
| Diamond saw | Buehler | ||
| Hydrochloric Acid | SHOWA | 0812-0150-000-69SW | 35% |
| Lead (II) Oxide | SHOWA | 1209-0250-000-23SW | 98% |
| Lutropur MSA | BASF | 50707525 | 70% |
| nickel plate | Lien Hung Alloy Trading Co., LTD., Taiwan, | 99% | |
| Potassium Nitrate | Scharlab | 28703-95 | 99% |
| Scanning electron microscopy | JEOL | JSM-7800F | at accelerating voltage of 15 kV |
| Sodium Acetate | SHOWA | 1922-5250-000-23SW | 98% |
| water purification system | Barnstead MicroPure | 18.2 MΩ • cm |
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