Zink-Spons batterij elektroden die dendrieten onderdrukken

Dit protocol biedt een eenvoudige, goedkope methode om een zinkelektrode te maken die dendrieten onderdrukt wanneer deze wordt gecycled in een alkalische batterij. Het grote voordeel van deze techniek is dat men de structuur van de zinkelektrode gemakkelijk kan afstemmen door de zinkdeelgrootte te veranderen, het type oorsprong en de grootte, of het warmtebehandelingsprotocol. De metalen spons die met dit protocol wordt gemaakt, valt in de relatieve dichtheid en celgrootte die moeilijk te bereiken zijn met standaard metalen schuimfabricagemethoden.

Begin door 2,054 milliliter gedeïoniseerd water en 4,565 milliliter decaan toe te voegen aan een 100 milliliter glazen beker. Los vervolgens 0,1 gram SDS op door de oplossing te roeren. Voeg vervolgens vijf milligram wateroplosbaar CMC-natriumzout met gemiddelde viscositeit toe aan de beker en roer gedurende vijf minuten of tot het is opgelost.

Gebruik plastic of met plastic beklede roergereedschappen omdat een metalen oppervlak de resulterende zinksponzen nadelig kan beïnvloeden. Voeg 0,844 gram wateronoplosbare voorgezwollen carboxymethylcellulosehars toe aan de beker en roer. Houd de beker op een overhead-roerwerk met een plastic roer en roer het hele mengsel gedurende vijf minuten op 1.000 RPM.

Voeg 50 gram zinkpoeder toe en blijf vijf minuten roeren. Stop na vijf minuten de roerder en verwijder de beker. Plaats de beker vijf minuten in een exsiccator op kamertemperatuur om het mengsel en de inhoud ervan onder vacuüm te verwijderen.

Portioneer de zinksel in polypropyleenvormen van ongeveer 10 millimeter diameter en vijf millimeter hoogte om de pasta een nacht te laten drogen. Verwijder na het drogen voorzichtig de zinksel uit de vormen en plaats ze in een gaasbehuizing die op een gekartelde aluminahouder rust. Plaats de assemblage in een buisoven met poorten om gas in en uit de buis te laten stromen.

Leidt stikstofgas gedurende 30 minuten met een snelheid van 5,7 centimeter per minuut in de oven om de oven van lucht te ontdoen. Na 30 minuten purgeren, stelt u het stikstofgas in op een constante snelheid van 2,8 centimeter per minuut. Programmeer de temperatuur van de oven om lineair te stijgen van 20 tot 369 graden Celsius gedurende 68 minuten, blijf vijf uur op 369 graden Celsius, stijg lineair van 369 tot 584 graden Celsius gedurende 105 minuten en zet vervolgens uit.

Start het ovenprogramma terwijl het stikstof blijft stromen. Stop het stikstofgasstromen handmatig na de vijf uur temperatuurvasthouding en leiding ademlucht in bij 2,8 centimeter per minuut. Laat de oven afkoelen tot kamertemperatuur zodra het verwarmingsprogramma stopt, terwijl de ademlucht blijft stromen.

Verwijder ten slotte de afgekoelde zinksponzen en zaag of schuur ze naar de gewenste afmetingen. Voeg 10,5 milliliter gedeïoniseerd water toe aan een 100 milliliter glazen beker. Voeg vervolgens 0,12 gram wateroplosbaar cellulosegom met hoge viscositeit toe en roer met een met plastic bekleed roergereedschap.

Vortex en roer dit mengsel vijf minuten met de hand of totdat de cellulosegom is opgelost. Voeg 2,4 gram maïszetmeel toe terwijl u de beker gedurende twee minuten voortdurend roert en voeg vervolgens 120 gram bereide zinkpoeder toe terwijl u gedurende nog eens twee minuten voortdurend roert. Druk de resulterende zinksel in de gewenste malholtes en laat ze een nacht drogen bij 70 graden Celsius in open lucht in een oven.

Na het drogen verwijdert u voorzichtig de zinksel uit de vormen en plaatst u ze in een gaasbehuizing die op een gekartelde aluminahouder rust. Plaats de assemblage in een buisoven met poorten om gas in en uit de buis te laten stromen. Leidt stikstofgas gedurende 30 minuten met een snelheid van 5,7 centimeter per minuut in de oven om de oven van lucht te ontdoen.

Na 30 minuten purgeren, stelt u het stikstofgas in op een constante snelheid van 2,8 centimeter per minuut. Programmeer de temperatuur van de oven om lineair te stijgen van 20 tot 369 graden Celsius gedurende 68 minuten, blijft vijf uur op 369 graden Celsius, stijg lineair van 369 tot 584 graden Celsius gedurende 105 minuten en zet vervolgens uit. Start het ovenprogramma terwijl het stikstof blijft stromen.

Na vijf uur temperatuurvasthouding, stopt u het stikstofgasstromen handmatig en leiding ademlucht in bij 2,8 centimeter per minuut. Laat de oven afkoelen tot kamertemperatuur zodra het verwarmingsprogramma stopt, terwijl de ademlucht blijft stromen. Verwijder tenslotte de afgekoelde zinksponzen en zaag of schuur ze naar de gewenste afmetingen.

Dit protocol werd gebruikt om emulsie-gebaseerde zinksponzen met dichtheden van 2,8 gram per kubieke centimeter en water-gebaseerde sponzen met dichtheden van 3,3 gram per kubieke centimeter te produceren. De zinksponzen moeten stijf en bros zijn. Hun dwarsdoorsneden moeten eruitzien als de hier getoonde.

Alle eigenschappen van de resulterende zinksponzen moeten binnen de in het tekstmanuscript verstrekte bereiken vallen. De zinksponselektrode vertoont een cyclische stabiliteit bij een gravimetrische capaciteit van 328 milliampère uur per gram zink, wat overeenkomt met een ontlaadgraad van 43%. Na uitgebreide elektrochemische cycling van de geconstrueerde zinkelektroden om hun efficiëntie te schatten, werden er geen dendrieten waargenomen in rasterelektronenmicrografieën van de zinksponselektroden.

Het oppervlak van de zinkspons ondergaat herstructurering tijdens het cyclen. Hoe dieper het ontlaadniveau en hoe groter de levensduur van de cyclus, hoe groter de hoeveelheid herstructurering. Denk eraan om bij het uitvoeren van dit protocol de mengsel met een met plastic bekleed gereedschap te roeren.

Vergelijkbare fabricageprocessen kunnen worden gebruikt om andere soorten metalen