Fabricatie van VB<sub> 2</sub> / Air Cellen voor elektrochemische testen
Summary
Een protocol wordt voorgesteld om multi-elektron metaal / lucht batterij systemen te bestuderen met behulp van eerdere technologie ontwikkeld voor de zink / lucht cel. Elektrochemische testen wordt dan uitgevoerd op vervaardigde batterijen de prestatie.
Abstract
Een techniek om de eigenschappen en de prestaties van de nieuwe multi-elektron metaal / lucht batterij systemen te onderzoeken wordt voorgesteld en gepresenteerd. Werkwijze voor het synthetiseren van nanoscopische VB 2 wordt als stap-voor-stap procedure voorgesteld voor het aanbrengen van een deklaag uit zirkoonoxide de VB 2 deeltjes te stabiliseren bij ontslag. Het proces voor het demonteren van bestaande zink / lucht-cellen wordt getoond, naast de bouw van de nieuwe werk-elektrode naar de conventionele zink / lucht-cel anode te vervangen door een van de nanoscopic VB 2 anode. Tenslotte wordt afvoer van het voltooide VB 2 / lucht batterij gemeld. We laten zien dat het gebruik van de zink / lucht cel als testbed is het nuttig om een consistente configuratie om de prestaties van de hoge-energie hoge capaciteit nanoscopic VB 2 anode bestuderen bieden.
Introduction
Vanadium diboride als anode heeft een van de hoogste volumetrische laadcapaciteit van een anode materiaal. Dit protocol voorziet in een methode voor het bestuderen van dit fascinerende materiaal. Metallisch zink is de overheersende anode materiaal in waterige primaire systemen als gevolg van zinkmetaal de hoge twee-electron volumetrische en gravimetrische lading opslagcapaciteit van 5,8 kAh L -1 en 820 Ah kg -1, respectievelijk. * De zink-koolstof batterij, die bekend staat als de Leclanche cel, werd voor het eerst geïntroduceerd in de 19 e eeuw, een combinatie van een zink anode met een mangaan-dioxide (carbon stroomafnemer) kathode in een chloride elektrolyt 1. De gemeenschappelijke alkalinebatterij gebruikt dezelfde familie, maar vervangt chloride elektrolyt met een waterige alkalimetaalhydroxide elektrolyt. Samen zink-koolstof-en alkalinebatterijen vormen de meerderheid van primaire batterijen verkocht 1. Wanneer de Mangaandioxide in de alkalische cel vervangendoor een lucht kathode, worden aanzienlijk hogere capaciteit energieopslag bereikt. Deze zink-lucht batterij gebruikt zuurstof uit de lucht, en wordt vaak gevonden in hoorapparaat batterijen 1-3.
Onze zoektocht naar hogere accu opslagcapaciteit heeft zich gericht op materialen die meerdere elektronen kan overdragen per molecuul 4-11. Onder de grote verscheidenheid van redoxkoppels we hebben verkend, VB 2 onderscheidt zich als een buitengewone alkalisch anode die in staat is 11 elektronen per VB 2, met volumetrische en gravimetrische capaciteiten van 20,7 kAh L -1 en 4060 Ah kg -1 resp. * In 2004, Yang en medewerkers meldde de lozing van VB 2, maar ook gedocumenteerd het uitgebreide domein waarin VB 2 gevoelig is voor corrosie in alkalische media 12. In 2007 hebben we gemeld dat een coating op de VB 2 deeltjes voorkomt deze corrosie 13, wat leidt tot demonstratie van de VB 2 / lucht bCCU in 2008 14.
In dit artikel presenteren we een protocol dat wordt gebruikt om nieuwe systemen metaal / lucht in dienst van de eerder ontwikkelde voor de zink / lucht-cel, zoals toegepast op de VB 2 / lucht-cell technologie te onderzoeken. A nanoscopicVB 2 anode wordt gepresenteerd als een high-energy high-power density anode kan vertonen een elf-electron oxidatiereactie nadert de theoretische intrinsieke capaciteit van 4060 Ah kg -1 een verhoogd accuspanning en accu laadvermogen. De VB 2 / lucht paar maakt gebruik van een alkalische elektrolyt van KOH / NaOH, waarbij dezelfde zuurstof lucht kathode gewonnen uit het zink / lucht cel 1. De carbon elektrokatalysator kathode wordt niet verbruikt tijdens ontlading.
Er bestaat een behoefte aan een beter begrip van de VB 2 / luchtsysteem om cel verdere verbetering. De eigenschappen en prestaties van nanoscopische VB 2 materialen kunnen worden onderzocht met behulp van tHij cell configuratie van de zink / lucht cel 15,16. Elektrochemische testen kunnen worden uitgevoerd voor nanoscopische VB 2 te vergelijken met de prestaties door middel procent rendement op verschillende prijzen.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bouw van de VB 2 / lucht batterij op deze manier biedt de mogelijkheid om te studeren en sonde de elf elektronen per molecuul ladingsoverdracht die optreedt, waardoor de mogelijkheid voor een nieuwe batterij met hoge capaciteit. Als verkregen resultaten niet reproduceerbaar resultaten tonen, dat alle van de zink anode materiaal werd uit de accu, dat er een gelijkmatige dispersie van actief materiaal op de kap, en dat de cellen goed gelijmd zonder lekken. Als er een probleem optreden blijft, ervoor te zorgen d…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
De auteurs willen graag de National Science Foundation Award 1006568 erkennen voor de financiering van dit project.
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).
