Name: 담수개를 억제하는 아연 스폰지 배터리 전극 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2020-09-29T14:00:00.000+00:00
Duration: 6 min 58 s
Description: 배우세요 아연 스폰지 전극 제작 방법을 통해 알칼리 전지에서 담수개 형성을 억제하는 기술을 익히세요. 저비용 공정으로 전극 구조를 쉽게 조절할 수 있어 재충전식 배터리 성능을 향상시킵니다.

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이 연구는 미국 해군 연구국에 의해 지원되었다.

1. Zn 스폰지 전극을 만드는 에멀젼 기반 방법
<ol><li>100mL 유리 비커에 2.054mL의 탈온화된 물을 넣습니다.</li>
	<li>비커에 4.565 mL의 디칸을 추가합니다.</li>
	<li>0.1000 ± 0.0003 g의 나트륨 도데킬 황산염(SDS)을 녹일 때까지 저어줍니다.</li>
	<li>0.0050 ± 0.0003 g의 수용성 중점성 카르복티메틸 셀룰로오스(CMC) 나트륨 소금을 5분 간 또는 CMC가 완전히 용해될 때까지 저어줍니다. 참고: 플라스틱 또는 플라스틱 코팅 교반 도구를 사용합니다. 금속 표면으로 공구로 교반하면 Zn 스폰지에 부정적인 영향을 줄 수 있습니다.</li>
	<li>0.844 ± 0.002 g의 수불 불용성 프리스멜렌 카박스티메틸 셀룰로오스 수지를 넣고 저어줍니다. 참고: 이러한 유형의 용해성 수지는 비쌉니다(USD$420 kg-1)6.</li>
	<li>이 혼합물을 1,000rpm에서 5분 간 저은 후륜위에 플라스틱 패들 이드러를 장착했습니다.</li>
	<li>50g의 Zn 분말(평균 입자 크기 50 μm, 비스무트 307ppm, 부식 억제용 인듐 307 ppm 포함)을 비커에 붓고 오버헤드 교반기는 1,000rpm에서 계속 회전합니다.</li>
	<li>Zn 페이스트를 같은 속도로 5분 더 저어주며 1,000rpm을 추가로 저어줍니다.</li>
	<li>교반기는 비커를 제거하고, 비커와 그 내용자를 실온에서 건조기에서 5분 동안 진공 아래에 배치하여 혼합물을 제거합니다.</li>
	<li>Zn 페이스트를 폴리프로필렌 몰드(직경 10mm, 높이 ~5mm)에 넣고 밤새 야외에서 건조시키십시오. 금형의 모양은 말린 페이스트와 생성된 Zn 스폰지의 형태를 지시합니다. 참고: 금형 크기와 모양은 다를 수 있습니다. 과거 실험5는 직경이 10mm에 가까운 원통형 금형을 성공적으로 사용합니다. Zn 페이스트를 높이5mm 이하로 채웁니다. 높이가 짧을수록 건조 시간이 짧아지립니다. 상용 금형의 재료 표를 참조하십시오.</li>
	<li>조심스럽게 금형에서 말린 Zn 페이스트 p개혁을 제거하고 노치 알루미나 홀더5,6에놓여 있는 메쉬 케이스에 넣습니다. 참고: 예를 들어 천공 황동 시트를 Zn-스폰지 전극의 원하는 직경보다 약간 큰 직경의 실린더로 구부려 메쉬 케이스를 제작합니다. 천공 금속 시트를 원하는 모양으로 구부린 후 붕소 -nitride 윤활유로 스프레이하십시오.</li>
	<li>조립을 튜브 용광로(직경 67mm)에 넣고 튜브 안팎에서 가스를 흐르십시오. 참고: 한 포트(입구 포트)를 사용하여 가스를 용광로로 파이프합니다. 다른 (출구 포트)를 사용하여 튜브 용광로에서 가스를 연기 후드로 배출합니다.</li>
	<li>파이프 N2 가스를 용광로로 들어가면 5.7cm의 속도로 30분 동안침투하여 공기 용광로를 제거합니다. 참고: 1.13 단계는N2 가스 탱크를 디지털 제어 유량계와 입구 포트 중 하나에 연결된 튜브에 연결하여 달성 될 수 있습니다. 가스 유량 계는 수동으로 또는 컴퓨터에 의해 제어할 수 있습니다.</li>
	<li>N2 가스를 30분 제거 후 2.8cm+분–1의 일정한 속도로 스로틀.</li>
	<li>68분 동안 20내지 369°C의 온도를 선형적으로 높이고, 5시간 동안 369°C에서 유지하며, 105분 동안 369~584°C로 선형으로 상승한 후 해제한다.</li>
	<li>N2 가스가 계속 흐르는 동안 용광로 프로그램을 시작합니다.</li>
	<li>수동으로 N2-가스 흐름을 중지 한 후 5 h 온도 홀드 및 파이프 호흡 공기에 2.8 cmcmcm+min-1. 참고: 1.17 단계는 추가 입구 포트에 연결된 튜브에 디지털 제어 유량계와 호흡 공기(합성 공기가 아님)를 연결하여 달성될 수 있다.</li>
	<li>가열 프로그램이 중단되면, 용광로는 활성 냉각없이 실온으로 냉각시키지 만 호흡 공기가 흐르는 것을 유지하십시오.</li>
	<li>냉각 된 Zn 스폰지를 제거하고 원하는 치수로 모래를 보았습니다. 참고: 휴대용 회전 톱이나 수직 대역 톱과 같은 다양한 톱질 도구를 사용할 수 있습니다. 연마 또는 다이아몬드 블레이드가 적합합니다.</li>
</ol>2. Zn 스폰지 전극을 만드는 수성 기반 방법
<ol><li>100mL 유리 비커에 10.5mL의 탈온화된 물을 넣습니다.</li>
	<li>0.120 ± 0.001 g의 수용성 고점도 셀룰로오스 껌을 저어주며, 카복티메틸 셀룰로오스(CMC) 나트륨 소금이라고도 합니다. 참고: 플라스틱 또는 플라스틱 코팅 교반 도구를 사용합니다. 금속 표면으로 공구로 교반하면 Zn 스폰지에 부정적인 영향을 줄 수 있습니다.</li>
	<li>소용돌이와 CMC가 용해 될 때까지 손으로 이 혼합물을 저어줍니다.</li>
	<li>2.400 ± 옥수수 전분 0.001 g를 넣고 2분 더 저어줍니다.</li>
	<li>120.00 ± 0.01 g의 Zn 분말(평균 입자 크기 50 μm, 비스무트 307ppm, 부식 억제를 위한 인듐 307 ppm 포함)을 추가로 2분 동안 저어줍니다.</li>
	<li>생성된 Zn 붙여넣기를 원하는 금형 캐비티로 누릅니다. 참고: 금형 크기와 모양은 다를 수 있습니다. 과거 실험6은 직경이 10mm에 가까운 원통형 금형을 성공적으로 사용합니다. Zn 페이스트를 높이50mm 이하로 채웁니다. 수성 Zn 페이스트는 에멀젼 Zn 페이스트보다 건조하므로 수성 버전을 사용하여 건조 시간이 적은 더 큰 스폰지를 만들 수 있습니다. 높이가 짧을수록 건조 시간이 짧아지립니다. 금형은 에멀젼 Zn 페이스트와 달리 건조 후 수성 Zn 페이스트가 최소 계약으로 반으로 분할 할 수 있어야합니다. 무염 버터는 수성 Zn 페이스트를 눌러 데몰딩을 돕기 전에 금형을 윤활하는 데 사용할 수 있습니다. 그림 1A는 수성 기반 프로토콜에 따라 Zn 붙여넣기로 포장된 맞춤형 가공 금형을 보여 주어집니다. 도 1B는 수성 기반 방법을 사용하여 만든 수제 메쉬 케이스, 노치 알루미나 홀더 및 결과 Zn 스폰지를 나타낸다.</li>
	<li>Zn-페이스트 채워진 금형을 70°C에서 밤새 건조시로 노로에서 건조시다.</li>
	<li>에멀젼 계 방법에 대해 설명된 동일한 처리 및 열처리 단계(1.11-1.19)를 따릅니다.</li>
</ol>

<ol><li>Parker, J. F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Retaining+the+3D+Framework+of+Zinc+Sponge+Anodes+upon+Deep+Discharge+in+Zn-Air+Cells%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Applied+Materials+%26+Interfaces%22%5BJournal%5D)">Retaining the 3D Framework of Zinc Sponge Anodes upon Deep Discharge in Zn-Air Cells.</a> ACS Applied Materials & Interfaces. 6 (22), 19471-19476 (2014).</li>
<li>Parker, J. F., Chervin, C. N., Nelson, E. S., Rolison, D. R., Long, J. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Wiring+zinc+in+three+dimensions+re-writes+battery+performance-dendrite-free+cycling%5BTitle%5D)+AND+%22Energy+%26+Environmental+Science%22%5BJournal%5D)">Wiring zinc in three dimensions re-writes battery performance-dendrite-free cycling.</a> Energy & Environmental Science. 7, 1117-1124 (2014).</li>
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<li>Hopkins, B. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fabricating+architected+zinc+electrodes+with+unprecedented+volumetric+capacity+in+rechargeable+alkaline+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Energy+Storage+Materials%22%5BJournal%5D)">Fabricating architected zinc electrodes with unprecedented volumetric capacity in rechargeable alkaline cells.</a> Energy Storage Materials. 27, 370-376 (2020).</li>
<li>Hopkins, B. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Low-cost+green+synthesis+of+zinc+sponge+for+rechargeable%2C+sustainable+batteries%5BTitle%5D)+AND+%22Sustainable+Energy+%26+Fuels%22%5BJournal%5D)">Low-cost green synthesis of zinc sponge for rechargeable, sustainable batteries.</a> Sustainable Energy & Fuels. 4, 3363-3369 (2020).</li>
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<li>Drillet, J. F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Development+of+a+Novel+Zinc%2FAir+Fuel+Cell+with+a+Zn+Foam+Anode%2C+a+PVA%2FKOH+Membrane+and+a+MnO2%2FSiOC-based+Air+Cathode%5BTitle%5D)+AND+%22ECS+Transactions%22%5BJournal%5D)">Development of a Novel Zinc/Air Fuel Cell with a Zn Foam Anode, a PVA/KOH Membrane and a MnO2/SiOC-based Air Cathode.</a> ECS Transactions. 28, 13-24 (2010).</li>
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<li>Yang, Q., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Do+Zinc+Dendrites+Exist+in+Neutral+Zinc+Batteries%3A+A+Developed+Electrohealing+Strategy+to+In+Situ+Rescue+In-Service+Batteries%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Materials%22%5BJournal%5D)">Do Zinc Dendrites Exist in Neutral Zinc Batteries: A Developed Electrohealing Strategy to In Situ Rescue In-Service Batteries.</a> Advanced Materials. 31, 1903778(2019).</li>
<li>Yang, Q., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hydrogen-Substituted+Graphdiyne+Ion+Tunnels+Directing+Concentration+Redistribution+for+Commercial-Grate+Dendrite-Free+Zinc+Anodes%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Materials%22%5BJournal%5D)">Hydrogen-Substituted Graphdiyne Ion Tunnels Directing Concentration Redistribution for Commercial-Grate Dendrite-Free Zinc Anodes.</a> Advanced Materials. 32, 2001755(2020).</li>
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</ol>

J.F.P., D.R.R., J.W.L.은 아연 전극과 관련된 특허를 보유하고 있습니다: 미국 특허 no. 9802254, 10008711, 10720635, 10763500, EU 특허 2926395, 중국 특허 104813521.

이러한 프로토콜과 관련된 수정 및 문제 해결에는 갓 혼합된 Zn 페이스트를 금형 캐비티로 채우는 것이 포함됩니다. 에어 포켓을 피하기 위해 주의해야 합니다. 원치 않는 공극은 충전 후 또는 충전하는 동안 금형을 눌러 감소 될 수있다. 수성 Zn 페이스트가 건조하기 때문에 음파 페이스트에 직접 압력을 가하여 금형 캐비티를 채우는 동안 공기 주머니를 밀어 낼 수 있습니다.
방법의 한계는 Zn 스폰지 모공 구조가 무질서하다는 것입니다, 그러나 Zn 및 porogen 입자 크기는 모공 형태를 바꾸기 위하여 이용될 수 있습니다. 더 주문하 고 잠재적으로 더 강하고 가벼운 Zn 스폰지 적정 제조를 사용 하 여 제조 될 수 있습니다. 그러나 생성된 Zn 스폰지의 기계적 및 전기화학적 특성은 Zn 대 porogen 질량 비 및 Zn 및 porogen입자의크기 및 형상을5,6으로조정할 수 있...

보고된 제조 방법의 목적은 담장 형성 및 모양 변화를 억제하는 아연(Zn) 스폰지 전극을 만드는 것이다. 역사적으로 이러한 문제로 Zn 배터리의 사이클 수명이 제한되었습니다. 아연 스폰지 전극은 이러한 문제를 해결하여 사이클 수명이 길어지면 Zn배터리가 1,2,3,4,5,6을사용할 수 있도록 합니다. 스폰지 구조는 (1) 융합 된 Zn 프레임 워크가 스폰지의 전체 부피를 전기적으로 와이어하기 때문에 원원지 형성 및 모양 변화를 억제합니다. (2) 모공은 Zn 스폰지 표면 근처에 진케이트를 고정; (3) 스폰지는 알칼리성 전해질7에서발아 물자로 식별된 값 보다 낮은 국면 밀도를 감소시키는 높은 표면적을 갖는다. 그러나 스폰지 표면적이 너무 높으면 상당한 부식이발생합니다 5. 스폰지 모공이 너무 큰 경우, 스폰지는 낮은 볼륨 용량을해야합니다5. 또한, 스폰지 모공이 너무 작으면, Zn 전극은 방전 중에 Zn에 접근할 수 있는 전해질이 부족하여 전력과 용량이5,6을생성한다.
보고된 제조 방법의 근거는 적절한 스폰지 다공성 및 모공 직경을 가진 Zn 스폰지를 만드는 것입니다. 실험적으로, 우리는 지공 50에서 70 %의 다공성을 가진 Zn 스폰지와 10 μm 근처의 모공 직경이 전체 셀 배터리에서 잘 순환하고 낮은 부식율5를표시하는 것을 발견합니다. 우리는 상용 금속 폼을 제조하는 기존의 방법은 이러한 길이 비늘8에유사한 형태를 달성하지 못하므로보고 된 제조 방법이 필요하다는 점에 유의하십시오.
대안에 대해 여기에서 보고된 방법의 장점은 스폰지 특징의 미세한 제어와 기술적으로 관련된 다리얼 용량 값5,6,9,10으로크고 조밀한 Zn 스폰지를 제조하는 기능이 특징입니다. Zn 폼을 만드는 대체 방법은 50 %에 가까운 스폰지 다공성으로 유사한 10 μm 모공을 만들 수 없습니다. 그러나 이러한 대안은 고온 처리 단계를 피하기 때문에 제작에 더 적은 에너지가 필요할 수 있습니다. 대체 공정에는 감기 소결 Zn입자(11),3차원 숙주 구조물에 Zn을 증착(12,13,14,15,16,17,Zn 호일을 2차원 폼18로절단, 스피노달 분해19 또는 퍼콜레이션 용해20을통해 Zn 폼 생성) 등의 전략이 포함된다.
출판 된 문학의 넓은 본문에보고 된 방법의 맥락은 주로 Drillet 외21의작업에 의해 확립된다. 그들은 다공성 세라믹을 제작하여 배터리용 깨지기 쉬운 Zn 폼이기는 하지만 가장 초기에 보고된 3차원 중 하나를 만드는 방법을 조정했습니다. 그러나 이러한 작성자는 Zn 입자 간의 연결이 좋지 않아 충전 가능성을 입증하지 못했습니다. 충전식 Zn-스폰지 전극에 앞서 Zn 호일 전극의 가장 좋은 대안은 Zn-분말 전극으로, Zn 분말이 젤 전해질과 혼합된다는 것입니다. 아연 분말 전극은 1차 알칼리성 배터리(Zn-MnO2)에상업적으로 사용되지만 Zn 입자가 Zn Oxide(ZnO)에 의해 전달되기 때문에 충전성이 좋지 않아, 이는 담수제 성장을 박차는 국소 전류밀도를증가시킬 수 있다3,22. 우리는 거품 이나 스폰지 아키텍처를 포함 하지 않는 다른 점선 억제 전략이 있습니다23,24.
보고된 Zn-스폰지 제조 방법은 튜브 용광로, 공기 및 질소 가스 (N2)및 연기 후드의 소스를 필요로합니다. 모든 단계는 환경 통제없이 실험실 책상에서 수행 할 수 있지만 열 처리 중에 튜브 용광로에서 배기하는 것은 연기 후드로 파이프해야합니다. 결과 전극은 높은 실질 용량(> 10mAh cmgeo–2)6을할 수 있는 충전식 Zn 전극을 만드는 데 관심이 있는 사람들에게 적합합니다.
첫 번째 보고 된 제조 방법은 Zn 스폰지 전극을 만드는 에멀젼 기반 경로입니다. 두 번째는 수성 기반 경로입니다. 에멀젼 경로의 장점은 건조시 금형 캐비티에서 쉽게 탈몰할 수 있는 Zn 페이스트를 만드는 능력입니다. 단점은 비싼 재료에 대한 의존도입니다. 수성 경로의 경우 스폰지 포근은 데폴드하기가 어려울 수 있지만이 과정은 저렴하고 풍부한 재료를 사용합니다.
두 방법 모두 Zn 입자를 포로겐과 점도 향상 제과 혼합하는 것을 포함합니다. 생성된 혼합물은 N2 하에서 가열된 다음 공기를 호흡합니다(합성 공기가 아님). N2하에서 가열하는 동안, Zn 입자 음막과 포로겐은 분해; 호흡 공기 아래, 아닐 Zn 입자 융합 하 고 포로겐 밖으로 태워. 이러한 공정은 금속 폼 또는 스폰지를 산출합니다. Zn 스폰지의 기계적 및 전기 화학적 특성은 Zn 대 porogen 질량 비율, N2 및 공기 하에서의 가열 시간 및 Zn 및 porogen 입자의 크기와 모양에 따라 조정 될 수 있습니다.

<table><tbody><tr><td>옥수수 전분</td><td>Argo</td><td>해당 없음</td><td>이것은 포로겐 및 점도 향상제로 작용합니다.</td></tr><tr><td>Decane</td><td>MilliporeSigma</td><td>D901</td><td></td></tr><tr><td>중점도 수용성 카르복시메틸셀룰로오스(CMC) 나트륨염</td><td>MilliporeSigma</td><td>C4888-500G</td><td>이 CMC는 주로 점도 향상제로 작용합니다.</td></tr><tr><td>오버 헤드 교반기</td><td>Caframo Lab Solutions</td><td>BDC3030</td><td></td></tr><tr><td>Zn 스폰지 용 소형 원통형 모델</td><td>VWR</td><td>66014-358</td><td>바이알의 캡은 금형으로 사용할 수 있습니다.</td></tr><tr><td>나트륨 도데 실 설페이트</td><td>MilliporeSigma</td><td>436143</td><td></td></tr><tr><td>수 불용성 IonSep CMC 52 preswollen carboxymethyl cellulose resin</td><td>BIOpHORETICS</td><td>B45019.01</td><td>이 CMC는 포로겐 및 점도 향상제로 작용합니다.</td></tr><tr><td>Zn 분말</td><td>EverZinc</td><td>맞춤 주문</td><td></td></tr></tbody></table>

담수개를 억제하는 아연 스폰지 배터리 전극

Zinc-Sponge Battery Electrodes that Suppress Dendrites

우리는 충전식 아연 배터리에 대한 담장 형성과 모양 변화를 억제 아연 스폰지 전극을 만드는 두 가지 방법을보고합니다. 두 방법 모두 아연 입자, 유기 포로겐 및 불활성 가스 하에서 가열된 점도 향상 제고제및 공기로 만든 페이스트를 만드는 것이 특징입니다. 불활성 가스 하에서 가열하는 동안 아연 입자가 함께 음극을 생성하고 포로겐이 분해됩니다. 공기 아래에서 아연은 융합되고 잔류 유기체가 타워서 오픈 셀 메탈 폼이나 스폰지를 생성합니다. 아연 대 포로겐 질량 비율, 불활성 가스 및 공기 하에서의 가열 시간, 아연 및 포로겐 입자의 크기와 모양에 의해 아연 스폰지의 기계적 및 전기 화학적 특성을 조정합니다. 보고된 방법의 장점은 아연 스폰지 아키텍처를 미세조정하는 능력입니다. 아연 및 포로겐 입자의 선택된 크기와 모양은 모공 구조의 형태에 영향을 미칩니다. 한계는 결과 스폰지 아연 (<30 %)의 낮은 볼륨 분수에서 낮은 기계적 강도의 결과 모공 구조를 무질서했다는 것입니다. 이러한 아연 스폰지 전극의 응용 분야에는 그리드 스토리지, 개인 전자 제품, 전기 자동차 및 전기 항공용 배터리가 포함됩니다. 사용자는 분리기 피어싱 인 dendrites의 형성없이 기술적으로 관련된 속도와 areal 용량으로 최대 40 %의 방전 깊이를 순환 아연 스폰지 전극을 기대할 수 있습니다.

그 결과, 완전히 열 처리된 에멀젼 기반 Zn 스폰지는 밀도가 2.8g(3cm)인 반면 수성 기반 스폰지는 3.3g∙cm-3에접근한다. 공기 아래 가열하는 동안 ZnO 층은 Zn 표면에 형성되며 두께는 0.5-1.0 μm (스캐닝 전자 현미경 을 사용하여 관찰)5. 결과 스폰지의 고체는 72% Zn(에멀젼 버전) 또는 78% Zn(수성 버전)이어야 하며 나머지는 ZnO(X선 회절로 측정됨)6. 두 스폰지 모두 10 μm을 중심으로 50 %, 모공 직경 분포, 4.0 m∙2g-1의 특정 표면 영역 (수은 침입 porosimetry을 통해 측정)6에 가까운 다공성을 가져야한다. 두 스폰지의 인장 강도는 1.1-1.2 MPa (다이머럴 압축으로 측정)5,<sup cla...

보고된 프로토콜의 목표는 니켈-아연 또는 아연 공기와 같은 아연 배터리의 담장과 모양 변화를 억제하는 충전식 아연 스폰지 전극을 만드는 것입니다.

We report two methods to create zinc-sponge electrodes that suppress dendrite formation and shape change for rechargeable zinc batteries. Both methods are ...

이 프로토콜은 알카라인 배터리에서 순환할 때 수상돌기를 억제하는 아연 전극을 만드는 쉽고 저렴한 방법을 제공합니다. 이 기술의 주요 장점은 아연 입자 크기, 원산지 유형 및 크기 또는 열처리 프로토콜을 변경하여 아연 전극의 구조를 쉽게 조정할 수 있다는 것입니다. 이 프로토콜을 사용하여 만든 금속 스폰지는 표준 금속 폼 제조 방법을 사용하여 달성하기 어려울 수 있는 상대 밀도 및 셀 크기에 속합니다.100ml 유리 비커에 2.054ml의 탈이온수와 4.565ml의 데칸을 추가하는 것으로 시작합니다. 그런 다음 용액을 교반하여 SDS 0.1g을 용해시킵니다. 다음으로, 수용성 중간 점도 CMC 나트륨 염 5mg을 비커에 넣고 5분 동안 또는 용해될 때까지 저어줍니다.플라스틱 또는 플라스틱으로 코팅된 교반 도구를 사용하면 금속 표면이 생성된 아연 스폰지에 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다. 비커에 0.844g의 물불용성 미리 부풀어 오른 카르복시메틸 셀룰로오스 수지를 넣고 저어줍니다. 플라스틱 패들이 장착된 오버헤드 패들 교반기에 비커를 놓고 전체 혼합물을 1, 000RPM에서 5분 동안 저어줍니다.아연 가루 50g을 넣고 5분 더 저어줍니다. 5분 후 교반기를 멈추고 비커를 제거합니다. 비커를 실온에서 5분 동안 건조기에 넣어 혼합물과 그 내용물을 진공 상태에서 배출합니다.아연 페이스트를 직경 약 10mm, 높이 5mm의 폴리프로필렌 몰드에 나누어 반죽을 밤새 자연 건조시킵니다. 건조 후 금형에서 아연 페이스트를 조심스럽게 제거하고 노치가 있는 알루미나 홀더에 놓인 메쉬 케이스에 넣습니다. 어셈블리를 포트가 있는 관상로에 넣어 튜브를 통해 가스를 튜브 안팎으로 흐르게 합니다.질소 가스를 분당 5.7cm의 속도로 30분 동안 용광로에 주입하여 용광로에서 공기를 퍼지합니다. 30분 동안 퍼지한 후 질소 가스를 분당 2.8cm의 일정한 속도로 조절합니다. 용광로의 온도가 68분 동안 섭씨 20도에서 369도까지 선형으로 증가하도록 프로그래밍하고, 5시간 동안 섭씨 369도에서 584도까지 선형으로 상승한 다음 105분 동안 섭씨 369도에서 584도까지 선형 상승한 다음 끕니다.질소가 계속 흐르면서 퍼니스 프로그램을 시작하십시오. 질소 가스 흐름을 수동으로 중지하고 5 시간 동안 온도를 유지하고 분당 2.8cm의 공기를 호흡 한 파이프를 사용합니다. 호흡 공기가 계속 흐르도록 유지하면서 난방 프로그램이 중지되면 퍼니스를 실온으로 식히십시오.마지막으로 냉각된 아연 스폰지를 제거하고 원하는 치수로 톱질하거나 사포질합니다. 10.5ml의 탈이온수를 100ml 유리 비커에 추가합니다. 그런 다음 수용성 고점도 셀룰로오스 검 0.12g을 넣고 플라스틱 코팅된 교반 도구를 사용하여 저어줍니다.이 혼합물을 손으로 5분 동안 또는 셀룰로오스 검이 녹을 때까지 소용돌이치고 저어줍니다. 비커를 2분 동안 볼텍싱하면서 옥수수 전분 2.4g을 추가한 다음 준비된 아연 가루 120g을 추가로 2분 동안 볼텍싱하면서 추가합니다. 완료되면 생성된 아연 페이스트를 원하는 금형 캐비티에 누르고 용광로의 야외에서 섭씨 70도에서 밤새 건조시킵니다.건조 후 금형에서 아연 페이스트를 조심스럽게 제거하고 노치가 있는 알루미나 홀더에 놓인 메쉬 케이스에 넣습니다. 어셈블리를 포트가 있는 관상로에 넣어 튜브를 통해 가스를 튜브 안팎으로 흐르게 합니다. 질소 가스를 분당 5.7cm의 속도로 30분 동안 용광로에 주입하여 용광로에서 공기를 퍼지합니다.30분 동안 퍼지한 후 질소 가스를 분당 2.8cm의 일정한 속도로 조절합니다. 용광로의 온도가 68분 동안 섭씨 20도에서 369도까지 선형으로 증가하도록 프로그래밍하고, 5시간 동안 섭씨 369도에서 584도까지 선형으로 상승한 다음 105분 동안 섭씨 369도에서 584도까지 선형 상승한 다음 끕니다. 질소가 계속 흐르면서 퍼니스 프로그램을 시작하십시오.5시간 동안 온도를 유지한 후 질소 가스 흐름을 수동으로 중지하고 분당 2.8cm로 호흡 공기를 파이프로 흡입합니다. 호흡 공기가 계속 흐르도록 유지하면서 난방 프로그램이 중지되면 퍼니스를 실온으로 냉각시킵니다. 마지막으로 냉각된 아연 스폰지를 제거하고 원하는 치수로 톱질하거나 사포질합니다.이 프로토콜은 입방 센티미터당 2.8g의 밀도를 가진 에멀젼 기반 아연 스폰지와 입방 센티미터당 3.3g의 밀도를 가진 수성 기반 스폰지를 생산하는 데 사용되었습니다. 아연 스펀지는 단단하고 부서지기 쉬워야 합니다. 그들의 단면은 여기에 표시된 것과 비슷해야 합니다.생성된 아연 스폰지의 모든 특성은 텍스트 원고에 제공된 범위 내에 있어야 합니다. 아연 스폰지 전극은 아연 그램당 328밀리암페어시의 중량 측정 용량에서 사이클링 안정성을 보여주며, 이는 43%의 방전 깊이에 매핑됩니다. 효율성을 추정하기 위해 구성된 아연 전극의 광범위한 전기화학적 순환 후, 아연 스폰지 전극의 주사 전자 현미경 사진에서 수상돌기가 관찰되지 않았습니다.아연 스펀지의 표면은 사이클링 중에 구조 조정을 겪습니다. 방전 수준이 깊을수록 사이클 수명이 길수록 구조 조정의 양이 커집니다. 이 프로토콜을 시도할 때는 플라스틱으로 코팅된 도구로 혼합물을 저어주는 것을 잊지 마십시오.유사한 제조 공정을 사용하여 수많은 응용 분야를 위해 다양한 금속을 기반으로 다른 유형의 금속 폼을 만들 수 있습니다.

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Research

연구

JoVE Journal

Chemistry

화학

프로토콜은 아연 / 공기 전지 개발 이전 기술을 사용하여 여러 전자 금속 / 공기 배터리 시스템을 연구하기 위해 제공됩니다. 전기 테스트 후 성능을 평가하기 위해 제작 된 배터리에서 수행됩니다.

VB의 제작<sub&gt; 2</sub전기 테스트를위한&gt; / 공기 전지

우리는 싱크로트론 X-선 흡수 분광 (XAS) 및 X 선 회절에 리튬 이온 및 NA-이온 전지의 전극 재료의 층간 삽입 / 탈리 프로세스의 세부 사항을 조사하는 (XRD) 기술의 사용을 설명한다. 시츄 및 현지 외 실험 장치의 동작과 관련된 구조적 거동을 이해하기 위해 사용되는 두...

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우리는 동일계 중성자 분말 회절 (NPD)에 이용 전극 재료의 시험을위한 전기 화학 전지의 설계와 구성을 기술한다. 우리는 간단히 현장 NPD의 셀 설계의 대안에 대해 언급하고이 세포를 사용하여 생산 현장 NPD 데이터에 대응하는 분석 방법에 대해 설명합니다.

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Synchrotron-based hard X-ray micro-tomography는 리튬 금속 전극에서 고체 고분자 전해질막을 통과하는 수상돌기의 전기화학적 성장을 이미지화하는 데 사용됩니다.

싱크로 기반 하드 X 선 Microtomography를 사용하여 배터리의 실패 분석

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In Situ Transmission Electron Microscopy를 사용한 전고체 배터리용 코팅 스크리닝

여기서는 납축전지 전극 다공도를 측정하는 아르키메데스 원리에 기반한 간단하고 저비용 글리세롤 변위 방법을 제시합니다. 이 방법은 재현성이 우수하며 전통적인 기술보다 안전하며, 저위험 화학물질과 장비가 필요합니다. 이 기법과 X선 회절을 이용한 미세구조 분석을 결합하면 배터리 전극 특성과 열화에 대한 정보를 얻을 수 있습니다.

납축전지의 전극 공극도 측정을 위한 아키메데스 기반 글리세롤 변위

배우세요 아연 스폰지 전극 제작 방법을 통해 알칼리 전지에서 담수개 형성을 억제하는 기술을 익히세요. 저비용 공정으로 전극 구조를 쉽게 조절할 수 있어 재충전식 배터리 성능을 향상시킵니다.

담수개를 억제하는 아연 스폰지 배터리 전극

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