El objetivo de los protocolos reportados es crear electrodos recargables de esponja de zinc que supriman las dendritas y el cambio de forma en las baterías de zinc, como el níquel-zinc o el zinc-aire.
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Artículo de método
Electrodos de batería de esponja de zinc que suprimen las dendritas
En este artículo
Resumen
Resumen
Informamos dos métodos para crear electrodos de esponja de zinc que suprimen la formación de dendritas y el cambio de forma para baterías de zinc recargables. Ambos métodos se caracterizan por crear una pasta hecha de partículas de zinc, porógeno orgánico y agente que mejora la viscosidad que se calienta bajo un gas inerte y luego aire. Durante el calentamiento bajo el gas inerte, las partículas de zinc se annean juntas y el porógeno se descompone; bajo el aire, el zinc se fusiona y el residuo orgánico se quema, produciendo una espuma o esponja metálica de celda abierta. Ajustamos las propiedades mecánicas y electroquímicas de las esponjas de zinc variando la relación de masa de zinc a porógeno, el tiempo de calentamiento bajo gas inerte y aire, y el tamaño y la forma de las partículas de zinc y porógeno. Una ventaja de los métodos reportados es su capacidad para ajustar finamente la arquitectura de esponja de zinc. El tamaño y la forma seleccionados de las partículas de zinc y porógeno influyen en la morfología de la estructura de los poros. Una limitación es que las esponjas resultantes tienen estructuras de poros desordenadas que resultan en una baja resistencia mecánica a fracciones de bajo volumen de zinc (<30%). Las aplicaciones para estos electrodos de esponja de zinc incluyen baterías para almacenamiento en red, electrónica personal, vehículos eléctricos y aviación eléctrica. Los usuarios pueden esperar que los electrodos de esponja de zinc ciclan hasta un 40% de profundidad de descarga a velocidades tecnológicamente relevantes y capacidades areales sin la formación de dendritas separadoras-perforantes.
Introducción
El propósito de los métodos de fabricación reportados es crear electrodos de esponja de zinc (Zn) que supriman la formación de dendritas y el cambio de forma. Históricamente, estos problemas han limitado la vida útil del ciclo de las baterías de Zn. Los electrodos de esponja de zinc han resuelto estos problemas, permitiendo baterías de Zn con ciclos de vida útil máslargos 1,2,3,4,5,6. La estructura de la esponja suprime la formación de dendritas y el cambio de forma porque....
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Protocolo
1. Un método basado en emulsión para crear electrodos de esponja de Zn
- Añadir 2.054 mL de agua desionizada a un vaso de precipitados de vidrio de 100 mL.
- Añadir 4.565 mL de decano al beaker.
- Agregue 0.1000 ± 0.0003 g de dodecil sulfato de sodio (SDS) hasta que se disuelva.
- Agregue 0.0050 ± 0.0003 g de sal de sodio de viscosidad media soluble en agua carboximetilcelulosa (CMC) a mano durante 5 minutos o hasta que el CMC se disuelva por completo.
NOTA: Use herramientas de agitación de plástico o recubiertas de plástico. Agitar con herramientas con una superficie metálica puede afectar negativamente a las esponjas de Zn....
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Resultados
Las esponjas de Zn resultantes, totalmente tratadas térmicamente, a base de emulsión tienen densidades de 2,8 g∙cm–3, mientras que las esponjas de base acuosa se acercan a 3,3 g∙cm–3. Durante el calentamiento del aire, se forma una capa de ZnO en las superficies de Zn, que debe tener un espesor de 0,5 a 1,0 μm (observado mediante microscopía electrónica de barrido)5. El sólido en las esponjas resultantes debe ser 72% Zn (versión de emulsión) o 78% de Zn (versión acuosa) y el .......
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Discusión
Las modificaciones y la solución de problemas asociadas con estos protocolos incluyen el llenado de la pasta de Zn recién mezclada en una cavidad de molde. Se debe tener cuidado para evitar las bolsas de aire. Los huecos no deseados se pueden disminuir golpeando el molde después del llenado o mientras se llena. Debido a que la pasta acuosa de Zn está seca, se puede aplicar presión directamente a la pasta de Zn para expulsar las bolsas de aire mientras se llena la cavidad del molde.
Una limitac.......
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Divulgaciones
J.F.P., D.R.R. y J.W.L. poseen patentes relacionadas con electrodos de zinc: patentes estadounidenses n.º 9802254, 10008711, 10720635 y 10763500, patente de la UE n.º 2926395 y patente de China n.º 104813521.
Agradecimientos
Esta investigación fue financiada por la Oficina de Investigación Naval de los Estados Unidos.
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Materiales
| Nombre | Empresa | Número de catálogo | Comentarios |
|---|---|---|---|
| Almidón de maíz | Argo | No aplicable | Actúa como un agente porogen y potenciador de la viscosidad. |
| Decane | MilliporeSigma | D901 | |
| Viscosidad media Sal sódica de carboximetilcelulosa (CMC) soluble en agua | MilliporeSigma | C4888-500G | Este CMC actúa principalmente como un agente potenciador de la viscosidad. |
| Agitador aéreo | Caframo Lab Solutions | BDC3030 | |
| Modelos cilíndricos pequeños para esponjas de Zn | VWR | 66014-358 | Los tapones de los viales se pueden utilizar como moldes. |
| Dodecil sulfato de sodio | MilliporeSigma | 436143 | |
| Insoluble en agua IonSep CMC 52 resina de carboximetilcelulosa prehinchada | BIOpHORETICS | B45019.01 | Este CMC actúa como agente porogénico y potenciador de la viscosidad. |
| Polvo de Zn | EverZinc | Pedido |
Referencias
- Parker, J. F., et al. Retaining the 3D Framework of Zinc Sponge Anodes upon Deep Discharge in Zn-Air Cells. ACS Applied Materials & Interfaces. 6 (22), 19471-19476 (2014).
- Parker, J. F., Chervin, C. N., Nelson, E. S., Rolison, D. R., Long, J. W.
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Reimpresiones y permisos
