אלקטרודות סוללת אבץ-ספוג המדכאות דנדריטים

סיכום

מטרת הפרוטוקולים המדווחים היא ליצור אלקטרודות נטענות של ספוג אבץ המדכאות דנדריטים ושינוי צורה בסוללות אבץ, כגון ניקל-אבץ או אבץ-אוויר.

תקציר

אנו מדווחים על שתי שיטות ליצירת אלקטרודות ספוג אבץ המדכאות היווצרות דנדריט ושינוי צורה עבור סוללות אבץ נטענות. שתי השיטות מאופיינות ביצירת משחה העשויה מחלקיקי אבץ, פורוגן אורגני וסוכן משפר צמיגות המחומם תחת גז אינרטי ולאחר מכן אוויר. במהלך החימום מתחת לגז אינרטי, חלקיקי האבץ חישול יחד, ואת הפורוגן מתפרק; תחת אוויר, אבץ נתיכים ושיורי אורגניים נשרפים, מניבים קצף מתכת פתוח או ספוג. אנו מכוונים את התכונות המכניות והאלקטוכימיות של ספוגי האבץ על ידי יחס מסה משתנה בין אבץ לפורוגן, זמן חימום תחת גז אינרטי ואוויר, וגודל וצורה של חלקיקי האבץ והפורוגן. יתרון של השיטות המדווחות הוא היכולת שלהם לכוונן היטב את ארכיטקטורת אבץ-ספוג. הגודל והצורה שנבחרו של חלקיקי האבץ והפורוגן משפיעים על המורפולוגיה של מבנה הנקבוביות. מגבלה היא כי ספוגים וכתוצאה מכך יש מבני נקבוביות הפרעה שגורמים כוח מכני נמוך בנפח נמוך שברים של אבץ (<30%). היישומים עבור אלקטרודות ספוג אבץ אלה כוללים סוללות לאחסון רשת, אלקטרוניקה אישית, כלי רכב חשמליים ותעופה חשמלית. משתמשים יכולים לצפות אלקטרודות ספוג אבץ מחזור עד 40% עומק של פריקה בשיעורים רלוונטיים מבחינה טכנולוגית ויכולות אריאליות ללא היווצרות של דנדריטים חודרי מפריד.

מבוא

מטרת שיטות הייצור המדווחות היא ליצור אלקטרודות ספוג אבץ (Zn) המדכאות היווצרות דנדריט ושינוי צורה. מבחינה היסטורית, בעיות אלה הגבילו את חיי המחזור של סוללות Zn. אלקטרודות ספוג אבץ פתרו בעיות אלה, המאפשר סוללות Zn עם חיי מחזור ארוכים יותר^1,2,3,4,5,6. מבנה הספוג מדכא היווצרות dendrite ושינוי צורה כי (1) מסגרת Zn מותך חשמל חוטים את כל הנפח של הספוג; (2) הנקבוביות מחזיקות אבץ ליד פני השטח של ספוג Zn; ו-(3) הספוג יש שטח פנים גבוה שמקטין את צפיפות הזרם המקומית מתחת לערכים שזוהו ל....

פרוטוקול

1. שיטה מבוססת אמולסיה ליצירת אלקטרודות ספוג Zn

1. הוסף 2.054 מ"ל של מים דה-יוניים לכוס זכוכית 100 מ"ל.
2. הוסף 4.565 מ"ל של דקאן לתחבולה.
3. יש לערבב פנימה 0.1000 ± 0.0003 גרם נתרן דודסיל סולפט (SDS) עד להמסה.
4. מערבבים פנימה 0.0050 ± 0.0003 גרם של קרבוקסימתיל צלולוז (CMC) מסיס במים.
   הערה: השתמש בכלי ערבוב מצופים פלסטיק או פלסטיק. ערבוב עם כלים עם משטח מתכתי יכול להשפיע לרעה על ספוגי Zn וכתוצאה מכך.
5. יש לערבב פנימה 0.844 ± 0.002 גרם של שרף קרבוקסימתיל צלולוז פרזוולן מסיס במים.
   הערה: סוג זה של שרף מסיס במים הוא יקר (USD $420 ק"ג^–1)^6.
6. מערבבים את התערובת ב 1,000 סל....

תוצאות

כתוצאה מכך, ספוגי Zn מבוססי אמולסיה, שטופלו במלואם בחום, הם בעלי צפיפות של 2.8 גרם לס"מ^-3, בעוד שספוגים מימיים מתקרבים ל-3.3 גרם לס"מ^–3. במהלך חימום תחת אוויר, שכבה של ZnO צורות על משטחי Zn, אשר צריך להיות עובי של 0.5-1.0 מיקרומטר (נצפה באמצעות סריקת מיקרוסקופ אלקטרונים)⁵. מוצק בספוגים וכתוצאה מכך צריך להיות 72% Zn (גרסת אמולסיה) או 78% Zn (גרסה מימית) עם השאר להיות ZnO (נמדד על ידי עקיפה רנטגן)⁶. שני הספוגים צריכים להיות נקבוביות ליד 50%, הפצות קוטר נ.......

דיון

שינויים ופתרון בעיות הקשורים לפרוטוקולים אלה כוללים מילוי הדבק Zn מעורב טרי לתוך חלל עובש. יש להזהירות כדי למנוע כיסי אוויר. חללים לא רצויים ניתן להקטין על ידי הקשה על התבנית לאחר מילוי או בעת מילוי. מכיוון שממרח Zn מימי יבש, ניתן להפעיל לחץ ישירות על משחת Zn כדי לדחוף החוצה את כיסי האוויר בעת מילוי חלל התבנית.

מגבלה של השיטות היא כי מבנה נקבובית Zn-ספוג הוא הפרעה, אבל Zn וגדלי חלקיקי פורוגן ניתן להשתמש כדי לשנות מורפולוגיה נקבוביות. ספוג Zn מסודר יותר, בעל פוטנציאל חזק וקל יותר, עשוי להיות מפ.......

חומרים

רשימת החומרים שנעשה בהם שימוש במאמר זה

שם	חברה	מספר קטלוג	הערות
עמילן תירס	ארגו	לא ישים	זה פועל כחומר משפר נקבוביות וצמיגות.
Decane	MilliporeSigma	D901
צמיגות בינונית מסיס במים קרבוקסימתיל צלולוז (CMC) מלח נתרן	MilliporeSigma	C4888-500G	CMC זה פועל בעיקר כחומר משפר צמיגות.
מערבל תקורה	Caframo Lab Solutions	BDC3030
דגמים גליליים קטנים לספוגי Zn	VWR	66014-358	מכסי הבקבוקונים יכולים לשמש כתבניות.
נתרן דודציל סולפט	MilliporeSigma 436143
IonSep בלתי מסיס במים CMC 52 שרף תאית קרבוקסימתיל נפוח מראש	BIOpHORETICS	B45019.01	CMC זה פועל כחומר פורוגן ומשפר צמיגות.
אבקת Zn	EverZinc		מותאמת אישית

הזמנה