Utvide levetiden til løselig føre flyt batterier med en natrium Acetate additiv
Summary
En protokoll for bygging av et løselig føre flyt batteri med en lengre levetid, som natrium acetate er gitt i methanesulfonic elektrolytt som tilsetningsstoff, presenteres.
Abstract
I denne rapporten presenterer vi en metode for bygging av en løselig bly flyt batteriet (SLFB) med en utvidet livssyklus. Ved å forsyne en tilstrekkelig mengde natrium acetate (NaOAc) til elektrolytten, er filtypen syklus livet av over 50% demonstrert for SLFBs via langsiktige galvanostatic charge/discharge eksperimenter. En høyere kvalitet på PbO2 electrodeposit på den positive elektroden valideres kvantitativt for NaOAc-lagt elektrolytt ved å kaste indeks (TI) mål. Bilder av skanning elektronmikroskop (SEM) viser også mer integrert PbO2 overflaten morfologi når SLFB drives med NaOAc-lagt elektrolytten. Dette arbeidet angir at elektrolytt endring kan være en plausibel rute til økonomisk aktiverer SLFBs for store energilagring.
Introduction
Fornybare energikilder inkludert solar og vind er utviklet i flere tiår, men deres intermitterende naturen gir store utfordringer. For en fremtidig strømnett med fornybare energikilder innlemmet, rutenett stabilisering og Last utjevning kritiske og kan oppnås ved å integrere energilagring. Redoks flyt batterier (RFBs) er en av de lovende rutenettet skala energilagring. Tradisjonelle RFBs inneholder ion-selektiv membraner skiller anolyte og catholyte; for eksempel alle-vanadium RFB har vist for å operere med høy effektivitet og en lang syklus life1,2. Men er deres markedsandel som energilagring svært begrenset delvis på grunn av dyrt bestående av materialer og ineffektive ion-selektiv membraner. På den annen side, presenteres en enkelt-flow løselig bly flyt batteriet (SLFB) av Plectcher et al. 1 , 2 , 3 , 4 , 5. den SLFB er membran-mindre fordi den har bare én aktiv arter, Pb(II) ioner. PB(II) ioner er galvanisert på den positive elektroden som PbO2 og negative elektroden som Pb samtidig under lading, og konvertere til Pb(II) under lossing. En SLFB må dermed en sirkulasjonspumpe og en elektrolytt lagertank, som igjen kan føre til redusert hovedstaden og operative kostnader sammenlignet med konvensjonelle RFBs. Publisert livssyklus av SLFBs, men er så langt begrenset til mindre enn 200 sykluser under normale flyten forhold6,7,8,9,10.
Faktorer som førte til en kort SLFB livssyklus er foreløpig tilknyttet deponering/oppløsning av PbO2 på den positive elektroden. Under charge/discharge prosesser, elektrolytt surhetsgrad er funnet for å øke over dype eller gjentatte sykluser11og protoner foreslås for å indusere generering av et passivation lag ikke-stoichiometric PbOx12, 13. utgytelsen av PbO2 er en annen fenomen knyttet til SLFB fornedrelse. Kaste PbO2 partikler er irreversibel og kan ikke lenger brukes. Coulombic effektiviteten (CE) av SLFBs avtar consequentially på grunn av ubalanserte elektrokjemiske reaksjoner samt akkumulert electrodeposits på begge elektrodene. For å utvide livssyklus av SLFBs, stabiliserer pH er svingninger og electrodeposit strukturen avgjørende. En fersk papir beskriver en forbedret og utvidet livssyklus av SLFBs med tillegg av natrium acetate (NaOAc) i methanesulfonic elektrolytt11.
Her beskrives en detaljert protokoll for å ansette NaOAc som tilsetningsstoff til methanesulfonic elektrolytt i SLFBs. SLFB ytelsen er vist å være forbedret, og levetiden kan utvides med over 50% i forhold til SLFBs uten NaOAc tilsetningsstoffer. I tillegg illustrert prosedyrer for å kaste indeks (TI) måling for kvantitative sammenligning av additiv effekt på elektrodeposisjon. Endelig en skanning elektronmikroskop (SEM) eksempel forberedelse metode for electrodeposit på SLFB elektrodene er beskrevet og additiv effekt på electrodeposit er manifestert i ervervet bilder.
Protocol
Representative Results
Discussion
Dette dokumentet beskriver en økonomisk måte å forlenge livssyklus av SLFBs: ved å bruke NaOAc agent som elektrolytt additiv. En gruppe med fersk grafitt elektroder og nikkel plater er forbehandles som nevnte i trinn 1 før langsiktig sykling eksperimenter. Fordi inkonsekvens mellom kommersielle karbon elektrodene kan forårsake ytelse avvik i SLFBs, er fysisk/kjemisk forbehandling i trinn 1.4 avgjørende for å fjerne overflaten rester. Den andre delen av trinn 1.4 er ansette elektrokjemiske metodene for å fjerne u…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dette arbeidet ble støttet av departementet for vitenskap og teknologi, R.O.C., under finansiering antall NSC 102-2221-E-002 – 146-, de fleste 103-2221-E-002 – 233- og de fleste 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 |
References
- 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).
