Verlängerung der Lebensdauer von löslichen führen Flow-Batterien mit einer Natrium-Acetat-Additiv
Summary
Ein Protokoll für den Bau einer löslichen Lead-Flow-Batterie mit eine lange Lebensdauer, welche Natrium Acetat im Methanesulfonic Elektrolyt als Zusatzstoff, geliefert wird präsentiert.
Abstract
In diesem Bericht stellen wir eine Methode für den Bau von einem löslichen Lead-Flow-Batterie (SLFB) mit einer längeren Lebensdauer. Durch die Bereitstellung einer ausreichenden Menge an Natriumacetat (NaOAc), der Elektrolyt, ist eine Verlängerung der Lebensdauer der Zyklus von über 50 % für SLFBs über langfristige Galvanostatic Lade/Entlade Experimente gezeigt. Eine höhere Qualität der PbO2 Electrodeposit an der positiven Elektrode wird quantitativ für NaOAc hinzugefügt Elektrolyt durch werfen Index (TI) Messungen validiert. Bilder von Rasterelektronenmikroskopie (SEM) erworben zeigen auch stärker integrierten PbO2 Oberflächenmorphologie, wenn die SLFB mit dem NaOAc hinzugefügt Elektrolyt betrieben wird. Diese Arbeit zeigt, dass Elektrolyt Änderung eine plausible Route wirtschaftlich aktivieren Sie SLFBs für groß angelegte Energiespeicher bezeichnen kann.
Introduction
Erneuerbare Energiequellen wie Solar- und Windenergie für Jahrzehnte entwickelt worden, aber ihre nur unregelmäßig stellt vor große Herausforderungen. Für eine zukünftige Stromnetz mit erneuerbaren Energien aufgenommen Netzstabilisierung und Last Nivellierung sind kritisch und können durch die Integration der Energiespeicher erreicht werden. Redox-Flow-Batterien (RFBs) sind eine der viel versprechenden Optionen für Raster angelegte Energiespeicher. Traditionelle RFBs enthalten ionenselektive Membranen, die Trennung von cher und Katholyt-; zum Beispiel All-Vanadium RFB hat gezeigt, dass um mit hohem Wirkungsgrad zu betreiben und ein langen Zyklus Leben1,2. Ihr Marktanteil als Energiespeicher ist jedoch sehr begrenzt, teilweise aufgrund der teuren bestehend aus Materialien und ineffektiv ionenselektive Membranen. Auf der anderen Seite ist eine lösliche Lead Single-Flow-Flow-Batterie (SLFB) von Plectcher Et Al. vorgestellt. 1 , 2 , 3 , 4 , 5. die SLFB Membran-weniger ist, weil es nur einen aktiven Spezies, Pb(II) Ionen hat. PB(II) Ionen sind galvanisch an der positiven Elektrode als PbO2 und die negative Elektrode als Pb gleichzeitig während des Ladevorgangs und zurück konvertieren Pb(II) während der Entladung. Ein SLFB muß daher eine Umwälzpumpe und ein Elektrolyt Vorratsbehälter nur, was wiederum möglicherweise zu reduzierten Kapital- und Betriebskosten im Vergleich zu herkömmlichen RFBs führen kann. Die veröffentlichten Lebensdauer des SLFBs, ist jedoch so weit beschränkt sich auf weniger als 200 Zyklen unter normalen Bedingungen6,7,8,9,10.
Faktoren führt zu einer kurzen SLFB-Lebensdauer ist vorläufig mit Ablagerung/Auflösung der PbO2 an der positiven Elektrode verbunden. Während der Lade-/Entlade-Prozesse die Elektrolyt-Säure findet sich tief oder wiederholte Zyklen11zunehmen, und Protonen werden vorgeschlagen, um die Generation der eine Passivierungsschicht nicht stöchiometrischen PbOX12, induzieren 13. das Vergießen von PbO2 ist ein weiteres Phänomen im Zusammenhang mit SLFB Abbau. Schuppen Sie PbO2 Teilchen sind irreversibel und können nicht mehr verwendet werden. Coulomb (CE) Effizienzder SLFBs lehnt konsequent durch unausgewogene elektrochemischen Reaktionen sowie angesammelten Elektroplattierungen an beiden Elektroden. Lebensdauer der SLFBs, stabilisiert den pH-Wert zu verlängern sind Fluktuation und Electrodeposit Struktur entscheidend. Eine neuere Arbeit zeigt eine verbesserte Leistung und längere Lebensdauer des SLFBs mit Zusatz von Natriumacetat (NaOAc) in Methanesulfonic Elektrolyt11.
Hier wird ein detailliertes Protokoll für den Einsatz von NaOAc als Zusatz zu den Methanesulfonic Elektrolyten in SLFBs beschrieben. Die SLFB Leistung zeigt sich verbessert werden und die Lebensdauer kann verlängert werden, um über 50 % im Vergleich zu SLFBs ohne NaOAc Zusätze. Darüber hinaus werden Verfahren zur Messung der Index (TI) zu werfen für die Zwecke der quantitativen Vergleich der additive Effekte auf Galvanisierung illustriert. Schließlich eine Scan Rasterelektronenmikroskopie (SEM) Probe Vorbereitung Methode für Electrodeposit an den SLFB Elektroden wird beschrieben und die additive Wirkung auf Electrodeposit manifestiert sich in aufgenommenen Bilder.
Protocol
Representative Results
Discussion
Dieser Beitrag beschreibt ein wirtschaftliches Verfahren zur Verlängerung der Lebensdauer der SLFBs: durch den Einsatz von NaOAc Agent als Elektrolyt Additiv. Eine Charge von frisch Graphitelektroden und Nickel Platten sind wie bereits erwähnt, in Schritt 1 vor Radsport Langzeitexperimente vorverarbeitet. Da Inkonsistenz zwischen kommerziellen Kohleelektroden Leistung Abweichung von der SLFBs führen kann, ist die physikalisch/chemische Vorbehandlung in Schritt 1.4 entscheidend für Oberfläche Rückstände zu entferne…
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Diese Arbeit wurde unterstützt durch das Ministerium für Wissenschaft und Technologie, r.o.c., unter der Finanzierung zahlreicher NSC 102-2221-E-002 – 146-, die meisten 103-2221-E-002 – 233- und die meisten 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 |
Referencias
- Soloveichik, G. L. Flow batteries: current status & trends. Chemical Reviews. 115 (20), 11533-11558 (2015).
- Ravikumar, M. K., Rathod, S., Jaiswal, N., Patil, S., Shukla, A. The renaissance in redox flow batteries. Journal of Solid State Electrochemistry. 21 (9), 2467-2488 (2017).
- Hazza, A., Pletcher, D., Wills, R. A novel flow battery: A lead acid battery based on an electrolyte with soluble lead (II) Part I. Preliminary studies. Physical Chemistry Chemical Physics. 6 (8), 1773-1778 (2004).
- Pletcher, D., Wills, R. A novel flow battery: A lead acid battery based on an electrolyte with soluble lead (II) Part II. Flow cell studies. Physical Chemistry Chemical Physics. 6 (8), 1779-1785 (2004).
- Pletcher, D., Wills, R. A novel flow battery-a lead acid battery based on an electrolyte with soluble lead (II). III. The influence of conditions on battery performance. Journal of Power Sources. 149, 96-102 (2005).
- Hazza, A., Pletcher, D., Wills, R. A novel flow battery-a lead acid battery based on an electrolyte with soluble lead (II). IV. The influence of additives. Journal of Power Sources. 149, 103-111 (2005).
- Pletcher, D., Zhou, H., Kear, G., Low, C. T. J., Walsh, F. C., Wills, R. G. A. A novel flow battery-A lead-acid battery based on an electrolyte with soluble lead (II). V. Studies of the lead negative electrode. Journal of Power Sources. 180 (1), 621-629 (2008).
- Pletcher, D., Zhou, H., Kear, G., Low, C. T. J., Walsh, F. C., Wills, R. G. A. A novel flow battery-A lead-acid battery based on an electrolyte with soluble lead (II). Part VI. Studies of the lead dioxide positive electrode. Journal of Power Sources. 180 (1), 630-634 (2008).
- Li, X., Pletcher, D., Walsh, F. C. A novel flow battery: a lead acid battery based on an electrolyte with soluble lead (II). Part VII. Further studies of the lead dioxide positive electrode. Electrochimica Acta. 54 (20), 4688-4695 (2009).
- Krishna, M., Fraser, E. J., Wills, R. G. A., Walsh, F. C. Developments in soluble lead flow batteries and remaining challenges: An illustrated review. Journal of Energy Storage. 15, 69-90 (2018).
- Lin, Y. -. T., Tan, H. -. L., Lee, C. -. Y., Chen, H. -. Y. Stabilizing the electrodeposit-electrolyte interphase in soluble lead flow batteries with ethanoate additive. Electrochimica Acta. 263, 60-67 (2018).
- Oury, A., Kirchev, A., Bultel, Y., Chainet, E. PbO2/Pb2+ cycling in methanesulfonic acid and mechanisms associated for soluble lead-acid flow battery applications. Electrochimica Acta. 71, 140-149 (2012).
- Oury, A., Kirchev, A., Bultel, Y. Potential response of lead dioxide/Lead (II) galvanostatic cycling in methanesulfonic acid: a morphologico-kinetics interpretation. Journal of The Electrochemical Society. 160 (1), A148-A154 (2013).
