La velocimetría de ultrasonidos se utiliza para estudiar la mezcla por flujo de fluido en electrodos de metal líquido. El objetivo de este manuscrito es ilustrar los métodos utilizados para realizar mediciones ultrasónicas precisas y resueltas espacialmente, limitando la oxidación y controlando y monitoreando la temperatura, la corriente aplicada y la potencia del calentador que se suministra.
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Artículo de método
Ultrasonido de medición de velocidad en un metal líquido Electrodo
En este artículo
Resumen
Resumen
Un número creciente de tecnologías electroquímicas depende de flujo de fluido, y con frecuencia que el líquido es opaco. Medir el flujo de un fluido opaco es inherentemente más difícil que medir el flujo de un fluido transparente, ya que los métodos ópticos no son aplicables. El ultrasonido puede ser usado para medir la velocidad de un fluido opaco, no sólo en puntos aislados, pero a cientos o miles de puntos dispuestos a lo largo de líneas, con buena resolución temporal. Cuando se aplica a un electrodo de metal líquido, velocimetría ultrasonido implica retos adicionales: alta temperatura, la actividad química y conductividad eléctrica. Aquí se describe el aparato y los métodos que superar estos desafíos y permiten la medición de flujo en un electrodo de metal líquido, ya que conduce la corriente, a temperatura de funcionamiento experimental. La temperatura se regula dentro de ± 2 ° C por medio de un controlador Proporcional-Integral-Derivativo (PID) que los poderes de un horno hecha a la medida. Actividad química es el hombreenvejecido eligiendo materiales de buques con cuidado y que encierra el montaje experimental en una caja de guantes de argón-llenado. Por último, trayectorias eléctricas no deseadas son cuidadosamente prevenidos. Un sistema automatizado registra ajustes de control y mediciones experimentales, utilizando señales de disparo de hardware para sincronizar dispositivos. Este aparato y estos métodos pueden producir mediciones que son imposibles con otras técnicas, y permitir la optimización y el control de las tecnologías electroquímicas como las baterías de metal líquido.
Introducción
Baterías de metal líquido son una tecnología prometedora para proporcionar almacenamiento de energía a gran escala en las redes eléctricas de todo el mundo 1. Estas baterías ofrecen una alta densidad de energía, alta densidad de potencia, largo ciclo de vida, y de bajo costo, lo que es ideal para el almacenamiento de energía a escala de malla 3. Presentación de las baterías de metal líquido a la red de energía permitiría pico de afeitar, mejorar la estabilidad de la red y permitir el uso más generalizado de las fuentes renovables intermitentes como la solar, eólica y mareomotriz. Baterías de metal líquido se componen de dos electrodos metálicos ....
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Protocolo
1. Configuración del sistema y de la Asamblea
- Limpiar el transductor de ultrasonidos con isopropanol.
- Cargue la guantera.
- Cargar el equipo necesario y los materiales (incluyendo transductor de ultrasonido, ePbBi, varilla agitadora y termopares) en la guantera, siguiendo las instrucciones del fabricante guantera para minimizar la entrada de oxígeno y la humedad.
- Mantenga los materiales porosos en vacío en la antecámara guantera durante 12 horas antes de entrar en la guantera.
- Sintonice el controlador PID (sólo la primera vez).
- Coloque la misma cantidad de sólido ePbBi en el recipiente de la batería q....
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Resultados
El procedimiento para medir la velocidad del sonido (descrito en detalle anteriormente) fue adaptado de métodos utilizados por los de procesamiento de señal SA. En principio, la velocidad del sonido se puede obtener fácilmente mediante la medición del tiempo de vuelo de un eco desde una pared en la gama conocida. Pero medir con precisión la localización efectiva de la cara del transductor es difícil, así que en vez se puede medir el tiempo de vuelo en dos ocasiones, con un micrómetro para desplazar la pared por una dist.......
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Discusión
Técnicas de ultrasonido pueden producir mediciones de velocidad en cientos o miles de ubicaciones en un fluido transparente u opaco, muchas veces por segundo. Aplicado a un electrodo de metal líquido, técnicas de ultrasonido se encuentran con desafíos de alta temperatura, la actividad química y conductividad eléctrica. Se han descrito los métodos para superar esos desafíos y medición de flujo en electrodos metálicos líquidos activos. En primer lugar, un material de electrodo sujeto a la misma física como de alta tempera.......
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Divulgaciones
Los autores no tienen nada que revelar.
Agradecimientos
Estamos agradecidos por la asistencia en el diseño y la fabricación de D. De La Cruz, por el equipo prestado de M. Zahn y por las perspicaces discusiones con D. R. Sadoway y los talentosos electroquímicos de su grupo.
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Materiales
| Nombre | Empresa | Número de catálogo | Comentarios |
|---|---|---|---|
| Sonda de termopar tipo | K McMaster-Carr | 3856K83 | http://www.mcmaster.com/ |
| Red Lion Controlador PID Red | Lion | P1610000 http://store.redlion.net/store/p16.html | |
| Medición Dispositivo de adquisición de datos Measurement | Computing Corporation | USB-2408 | http://www.mccdaq.com/index.aspx |
| fuente de alimentación | TDK-Lambda | GEN 8-90-USB-U | http://us.tdk-lambda.com/hp/ |
| instrumentos de ultrasonido | SA | DOP3010 http://www.signal-processing.com/index.html | |
| Transductor | de ultrasonido Procesamiento de señal SA | TR0805LTH http://www.signal-processing.com/index.html | |
| Bismuto-Plomo Eutéctico | VWR | AA40949-P2 | https://us.vwr.com/ |
Referencias
- Kim, H., et al. Liquid metal batteries: Past, present, and future. Chem. Rev. 113 (3), 2075-2099 (2013).
- Bradwell, D. J., Kim, H., Sirk, A. H. C., Sadoway, D. R. Magnesium-antimony liquid metal battery for stationary energy storage. J. Am. Chem. Soc. 134
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Reimpresiones y permisos
