Fabbricazione di VB<sub> 2</sub> / Air Cells per Elettrochimica Testing
Summary
Un protocollo è presentato a studiare metallo multi-elettrone / sistemi di batteria aria usando tecnologia precedente sviluppata per la cella zinco / aria. Test elettrochimico viene quindi eseguita su batterie fabbricate per valutare le prestazioni.
Abstract
Una tecnica per studiare le proprietà e le prestazioni dei nuovi sistemi di batteria di multi-elettrone del metallo / aria viene proposto e presentato. Metodo di sintesi nanoscopica VB 2 si presenta così come procedura passo-passo per l'applicazione di un rivestimento di ossido di zirconio per le due particelle VB per la stabilizzazione upon scarico. Il processo per smontaggio celle zinco / aria esistenti è mostrato, in aggiunta costruzione del nuovo dell'elettrodo di lavoro per sostituire il convenzionale zinco / aria anodo della cella con un nanoscopica VB 2 anodo. Infine, scarico della completato VB 2 / batteria aria è segnalato. Mostriamo che utilizzare la cella zinco / aria come un letto di prova è utile fornire una configurazione coerente per studiare le prestazioni del alta energia elevata capacità nanoscopica VB 2 anodo.
Introduction
Vanadio diboride da anodo ha tra la più alta capacità di carica volumetrica di qualsiasi materiale anodico. Questo protocollo introduce un metodo per lo studio di questo affascinante materiale. Zinco metallico è stato il materiale anodico predominante nei sistemi acquosi primari a causa dell'alta volumetrico a due elettroni del metallo dello zinco e gravimetrici capacità di stoccaggio di carica di 5,8 Kah L -1 e 820 Ah kg-1, rispettivamente. * La batteria zinco-carbone, noto come la cella Leclanché, è stato introdotto nel 19 ° secolo, che combina un anodo di zinco con biossido di manganese (corrente di collettore in carbonio) catodo in un cloruro di elettrolita 1. La batteria alcalina comune utilizza la stessa coppia, ma sostituisce l'elettrolita cloruro con un alcali acquosi idrossido elettrolita. Insieme batterie zinco-carbone e alcaline comprendono la maggior parte di batterie primarie venduto 1. Quando il catodo diossido di manganese nella cella alcalina è sostituitada un catodo aria, sostanzialmente più elevate capacità di accumulo di energia sono realizzati. Questa batteria zinco-aria utilizza l'ossigeno dell'aria, e si trova comunemente nelle batterie di apparecchi acustici 1-3.
La nostra ricerca di maggiore capacità di stoccaggio della batteria si è concentrata su materiali che possono trasferire più elettroni per molecola 4-11. Tra la grande varietà di coppie redox abbiamo esplorato, VB 2 si distingue come un anodo alcalina straordinario in grado di rilasciare 11 elettroni per VB 2, con volumetrici e gravimetrici capacità di 20,7 Kah L -1 e 4060 Ah kg-1, rispettivamente. * In 2004 Yang e colleghi hanno riferito lo scarico di VB 2, ma anche documentato il dominio esteso in cui VB 2 è soggetto alla corrosione in mezzi alcalini 12. Nel 2007, abbiamo riportato che un rivestimento sulle due particelle VB impedisce questo corrosione 13, portando a dimostrazione della VB 2 / aria battery nel 2008 14.
In questo articolo presentiamo un protocollo utilizzato per studiare nuovi sistemi metallo / aria che impiegano la tecnologia precedentemente sviluppata per la cella zinco / aria come applicato al VB 2 / cella d'aria. Un nanoscopicVB 2 anodo è presentato come un anodo ad alta densità di energia ad alta potenza in grado di esibire una reazione di ossidazione di undici elettrone si avvicina alla capacità teorica intrinseca di 4060 Ah kg-1 a maggior tensione della batteria e la capacità di carico della batteria. La VB 2 / aria coppia utilizza un elettrolita alcalino di KOH / NaOH, impiegando lo stesso catodo ossigeno dell'aria estratta dal zinco / aria cella 1. Il electrocatalyst catodo di carbonio non viene consumato durante la scarica.
Esiste la necessità di una maggiore comprensione della VB 2 / sistema di aria al fine di migliorare ulteriormente le prestazioni della cella. Le proprietà e le prestazioni di nanoscopica VB 2 materiali possono essere esplorati usando tconfigurazione della cella egli dello zinco / aria cellula 15,16. Prova elettrochimica può essere eseguita per nanoscopica VB 2 per confrontare le prestazioni attraverso l'efficienza per cento a tassi diversi.
Protocol
Representative Results
Discussion
Costruzione della VB 2 / batteria aria in questo modo offre la possibilità di studiare e di sondare gli undici elettroni per il trasferimento di carica molecola che si verifica, consentendo la possibilità di una nuova batteria ad alta capacità. Risultati ottenuti se non dimostrano risultati riproducibili, garantire che tutto il materiale anodo di zinco è stato rimosso dalla batteria, che vi sia una dispersione di materiale attivo anche sul tappo, e che le celle siano correttamente incollati senza perdite….
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Gli autori desiderano ringraziare la National Science Foundation Award 1006568 per il finanziamento di questo progetto.
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
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