أقطاب بطارية الزنك والإسفنج التي قمع Dendrites

يوفر هذا البروتوكول طريقة سهلة ومنخفضة التكلفة لإنشاء قطب كهربائي من الزنك يثبط التشعبات عند تدويرها في بطارية قلوية. الميزة الرئيسية لهذه التقنية هي أنه يمكن للمرء بسهولة ضبط هيكل قطب الزنك عن طريق تغيير حجم جزيئات الزنك أو نوع المنشأ وحجمه أو بروتوكول المعالجة الحرارية. تقع الإسفنج المعدني الذي تم إنشاؤه باستخدام هذا البروتوكول في الكثافة النسبية وحجم الخلية اللذين يصعب تحقيقهما باستخدام طرق تصنيع الرغوة المعدنية القياسية.

ابدأ بإضافة 2.054 مل من الماء منزوع الأيونات و 4.565 مل من الديكان إلى دورق زجاجي سعة 100 مل. ثم قم بإذابة 0.1 جرام من SDS عن طريق تحريك المحلول. بعد ذلك ، أضف خمسة ملليغرامات من ملح الصوديوم CMC متوسط اللزوجة القابل للذوبان في الماء إلى الدورق وحركه لمدة خمس دقائق أو حتى يذوب.

استخدم أدوات التحريك البلاستيكية أو المطلية بالبلاستيك لأن السطح المعدني يمكن أن يؤثر سلبا على إسفنج الزنك الناتج. أضف وحرك 0.844 جرام من راتنج كربوكسي ميثيل السليلوز غير القابل للذوبان في الماء إلى الدورق احتفظ بالدورق على محرك مجداف علوي مزود بمضرب بلاستيكي وحرك الخليط بالكامل بسرعة 1,000 دورة في الدقيقة لمدة خمس دقائق.

أضف 50 جراما من مسحوق الزنك واستمر في التقليب لمدة خمس دقائق أخرى. بعد خمس دقائق ، أوقف النمام وقم بإزالة الدرق. ضع الدورق في مجفف لمدة خمس دقائق في درجة حرارة الغرفة لطرد الخليط ومحتوياته تحت الفراغ.

قم بتقسيم معجون الزنك إلى قوالب بولي بروبلين يبلغ قطرها حوالي 10 ملم وارتفاعها خمسة ملليمترات لتجفيف المعجون في الهواء طوال الليل. بعد التجفيف ، قم بإزالة معجون الزنك بعناية من القوالب وضعه في غلاف شبكي يرتكز على حامل الألومينا المحزز. ضع المجموعة في فرن أنبوبي به منافذ لتدفق الغاز داخل وخارج الأنبوب.

قم بإدخال غاز النيتروجين في الفرن لمدة 30 دقيقة بمعدل 5.7 سم في الدقيقة لتطهير الفرن من الهواء. بعد 30 دقيقة من التطهير ، قم بخنق غاز النيتروجين بمعدل ثابت يبلغ 2.8 سم في الدقيقة. قم ببرمجة درجة حرارة الفرن لتزداد خطيا من 20 إلى 369 درجة مئوية على مدار 68 دقيقة ، وحافظ على 369 درجة مئوية لمدة خمس ساعات ، وترتفع خطيا من 369 إلى 584 درجة مئوية على مدار 105 دقيقة ، ثم أطفئها.

ابدأ برنامج الفرن مع استمرار تدفق النيتروجين. أوقف تدفق غاز النيتروجين يدويا بعد خمس ساعات من تثبيت درجة الحرارة وتدفق الهواء في الهواء بمعدل 2.8 سم في الدقيقة. دع الفرن يبرد إلى درجة حرارة الغرفة بمجرد توقف برنامج التسخين مع الحفاظ على تدفق هواء التنفس.

أخيرا ، قم بإزالة إسفنج الزنك المبرد وقم برؤيتها أو صنفرتها إلى الأبعاد المرغوبة. أضف 10.5 مل من الماء منزوع الأيونات إلى دورق زجاجي سعة 100 مل. ثم أضف 0.12 جرام من صمغ السليلوز عالي اللزوجة القابل للذوبان في الماء وحركه باستخدام أداة تقليب مطلية بالبلاستيك.

دوامة وحرك هذا الخليط باليد لمدة خمس دقائق أو حتى تذوب صمغ السليلوز. أضف 2.4 جرام من نشا الذرة أثناء دوامة الدورق لمدة دقيقتين ثم أضف 120 جراما من مسحوق الزنك المحضر أثناء الدوامة لمدة دقيقتين إضافيتين. بمجرد الانتهاء من ذلك ، اضغط على معجون الزنك الناتج في تجاويف القالب المرغوبة واتركها تجف طوال الليل عند 70 درجة مئوية في الهواء الطلق في الفرن.

بعد التجفيف ، قم بإزالة معجون الزنك بعناية من القوالب وضعه في غلاف شبكي يرتكز على حامل الألومينا المحزز. ضع المجموعة في فرن أنبوبي به منافذ لتدفق الغاز داخل وخارج الأنبوب. قم بإدخال غاز النيتروجين في الفرن لمدة 30 دقيقة بمعدل 5.7 سم في الدقيقة لتطهير الفرن من الهواء.

بعد 30 دقيقة من التطهير ، قم بخنق غاز النيتروجين بمعدل ثابت يبلغ 2.8 سم في الدقيقة. قم ببرمجة درجة حرارة الفرن لتزداد خطيا من 20 إلى 369 درجة مئوية على مدار 68 دقيقة ، وحافظ على 369 درجة مئوية لمدة خمس ساعات ، وترتفع خطيا من 369 إلى 584 درجة مئوية على مدار 105 دقيقة ، ثم أطفئها. ابدأ برنامج الفرن مع استمرار تدفق النيتروجين.

بعد خمس ساعات من تثبيت درجة الحرارة ، أوقف تدفق غاز النيتروجين يدويا وقم بإدخال هواء التنفس بسرعة 2.8 سم في الدقيقة. اترك الفرن يبرد إلى درجة حرارة الغرفة بمجرد توقف برنامج التسخين مع الحفاظ على تدفق هواء التنفس. أخيرا ، قم بإزالة إسفنج الزنك المبرد ونشرها أو صنفرتها إلى الأبعاد المرغوبة.

تم استخدام هذا البروتوكول لإنتاج إسفنج زنك قائم على المستحلب بكثافة 2.8 جرام لكل سنتيمتر مكعب وإسفنج مائي بكثافة 3.3 جرام لكل سنتيمتر مكعب. يجب أن تكون إسفنج الزنك صلبة وهشة. يجب أن تبدو مقاطعها العرضية مشابهة لتلك الموضحة هنا.

يجب أن تقع جميع خصائص إسفنج الزنك الناتج ضمن النطاقات الواردة في المخطوطة النصية. يظهر قطب الزنك الإسفنجي ثباتا في الدوران بسعة القياس الوزني 328 مللي أمبير ساعة لكل جرام من الزنك ، والتي ترسم خرائط لعمق التفريغ بنسبة 43٪. بعد التدوير الكهروكيميائي المكثف لأقطاب الزنك المبنية لتقدير كفاءتها ، لم يلاحظ أي تشعبات في مسح الصور المجهرية الإلكترونية لأقطاب الإسفنج الزنكية.

يخضع سطح إسفنجة الزنك لإعادة الهيكلة أثناء ركوب الدراجات. كلما كان مستوى التفريغ أعمق وكلما زاد عمر الدورة ، زادت كمية إعادة الهيكلة. عند محاولة هذا البروتوكول ، تذكر تقليب الخليط باستخدام أداة مطلية بالبلاستيك.

يمكن استخدام عمليات تصنيع مماثلة لإنشاء أنواع أخرى من الرغوة المعدنية على أساس معادن مختلفة للعديد من التطبيقات.