تلفيق من VB<sub> 2</sub> / الخلايا الكهروكيميائية الهواء للاختبار
Summary
ويرد بروتوكول لدراسة المعادن متعددة الإلكترون / نظم بطارية الهواء باستخدام التكنولوجيا المتقدمة السابقة للخلية الزنك / بضغط الهواء. ثم يتم تنفيذ اختبار الكهروكيميائية على البطاريات ملفقة لتقييم الأداء.
Abstract
ويقترح تقنية للتحقيق في خصائص وأداء متعدد الإلكترون النظم الجديدة المعادن / بضغط الهواء البطارية وقدم. ويرد طريقة لتوليف نانوية VB 2، وكذلك الإجراء خطوة بخطوة لتطبيق طلاء أكسيد الزركونيوم إلى VB 2 جسيمات لتحقيق الاستقرار عند التفريغ. يظهر عملية لتفكيك خلايا الزنك / بضغط الهواء الموجودة، في البناء بالإضافة إلى ذلك من القطب عمل جديدة لتحل محل الزنك / بضغط الهواء الأنود الخلية التقليدية مع لنانوية VB 2 الأنود. وأخيرا، ذكرت ابراء ذمة الانتهاء VB 2 / بطارية الهواء. وتبين لنا أن استخدام الخلايا الزنك / بضغط الهواء كسرير الاختبار هو مفيد لتوفير التكوين متسقة لدراسة أداء عالي الطاقة قدرة عالية نانوية VB 2 الأنود.
Introduction
الفاناديوم ثاني بوريد كما أنود لديها من بين أعلى المعدلات سعة الشحن الحجمي من أي مادة الأنود. هذا البروتوكول يقدم طريقة لدراسة هذه المواد الرائعة. وقد تم معدني الزنك ومادة الأنود السائد في النظم الأساسية مائي بسبب معدن الزنك العليا اثنين الإلكترون الحجمي والوزني قدرات التخزين تهمة من 5.8 كاه L -1 و 820 كجم آه -1، على التوالي. * البطارية الزنك الكربون، والمعروفة باسم وقدم الخلية لوكلانشيه، لأول مرة في القرن ال 19، الجمع بين الأنود الزنك مع ثاني أكسيد المنغنيز (جامع الحالية الكربون) الكاثود في كلوريد بالكهرباء 1. البطارية القلوية شيوعا يستخدم نفس الزوجين، ولكن يستبدل بالكهرباء كلوريد مع مادة قلوية مائية بالكهرباء هيدروكسيد. تتألف معا بطاريات الزنك والكربون والقلوية غالبية البطاريات الأولية تباع 1. عندما يتم استبدال الكاثود ثاني أكسيد المنغنيز في الخلية القلويةمن قبل الكاثود الهواء، ويتم تحقيق قدرات تخزين الطاقة أعلى بكثير. هذه البطارية الزنك في الهواء يستخدم الأكسجين من الهواء، وتوجد عادة في بطاريات السمع المساعدات 1-3.
وقد ركز بحثنا لأعلى لتخزين قدرة البطارية على المواد التي يمكن نقل الإلكترونات متعددة لكل جزيء 4-11. من بين تشكيلة واسعة من الأزواج الأكسدة يتعين علينا استكشاف، VB 2 تبرز باعتبارها أنود القلوية استثنائية قادرة على إطلاق 11 الالكترونات في VB 2، مع الحجمي والوزني قدرات 20.7 كاه L -1 و 4060 كجم آه -1 على التوالي. * في عام 2004، يانغ وزملاء العمل ذكرت والتفريغ من VB 2، لكن وثقت أيضا المجال الموسعة التي VB 2 هو عرضة للتآكل في وسائل الإعلام القلوي 12. في عام 2007، وذكرت لنا أن الطلاء على VB 2 جسيمات يمنع هذا التآكل 13، مما أدى إلى مظاهرة من VB 2 / بضغط الهواء بattery في عام 2008 14.
في هذه الورقة، نقدم بروتوكول يستخدم لتحقيق نظم المعادن / جوية جديدة توظف التكنولوجيا المتقدمة سابقا للخلية الزنك / بضغط الهواء على النحو المطبق في VB 2 / خلية الهواء. ويرد nanoscopicVB 2 الأنود كما عالية الطاقة ذات الطاقة العالية وكثافة القطب الموجب قادرة على اظهار رد فعل الأكسدة أحد عشر الإلكترون يقترب من القدرات الجوهرية النظرية من 4060 كجم آه -1 إلى زيادة الجهد البطارية وقدرة الحمل البطارية. يستخدم VB 2 / بضغط الهواء زوجين المنحل بالكهرباء القلوية من KOH / هيدروكسيد الصوديوم، وتوظيف نفس الكاثود الهواء الأكسجين المستخرج من الزنك / بضغط الهواء الخلية 1. لا يستهلك الكاثود electrocatalyst الكربون أثناء التفريغ.
توجد حاجة لفهم أكبر لVB 2 / نظام الهواء من أجل زيادة تحسين أداء الخلية. خصائص وأداء نانوية VB 2 مواد يمكن استكشاف باستخدام Tكان تكوين خلية من الزنك / بضغط الهواء الخلية 15،16. الكهروكيميائية الاختبار لا يمكن أن يؤديها لنانوية VB 2 لمقارنة الأداء من خلال الكفاءة في المئة بنسب متفاوتة.
Protocol
Representative Results
Discussion
بناء VB 2 / بطارية الهواء بهذه الطريقة يوفر القدرة على دراسة وتحقيق في أحد عشر الإلكترونات في الجزيء نقل المسؤول الذي يحدث، مما يتيح إمكانية جديدة بطارية عالية السعة. النتائج التي تم الحصول عليها إذا لا تثبت النتائج استنساخه، وضمان أن جميع المواد الأنود الزنك تم …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
فإن الكتاب أود أن أنوه جائزة المؤسسة الوطنية للعلوم 1006568 لتمويل هذا المشروع.
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
- 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).
