Name: Wydłużenie żywotności rozpuszczalnych akumulatorów przepływowych ołowiowych z dodatkiem octanu sodu (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-01-07T14:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 35 s
Description: Poznaj metodę wydłużenia żywotności rozpuszczalnych akumulatorów przepływowych ołowiowych poprzez dodatek octanu sodu do elektrolitu. Protokół obejmuje przygotowanie roztworu kwasu metanosulfonowego z tlenkiem ołowiu(II) oraz testowanie w komórce zlewkowej.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Ta praca była wspierana przez Ministerstwo Nauki i Technologii, R.O.C., pod numerem finansowania NSC 102-2221-E-002-146-, MOST 103-2221-E-002-233-, oraz MOST 104-2628-E-002-016-MY3.

1. Konstrukcja zlewki-ogniwa SLFB z dodatkiem octanu sodu
UWAGA: Niniejsza sekcja opisuje procedurę konstrukcji zlewkowego ogniwa SLFB z dodatkiem do eksperymentu z długoterminowym cyklowaniem. Protokół obejmuje przygotowanie elektrolitu z dodatkiem i bez dodatku, wstępne przygotowanie elektrod, montaż ogniwa oraz obliczenia sprawności.
<ol>
	<li>Przygotowanie metanosulfonianu ołowiu (przykład dla 1 L, 1 M)
	<ol>
		<li>W dygestorium do zlewki z mieszadłem magnetycznym należy dodać 274,6 g kwasu metanosulfonowego (MSA, 70%). MSA należy rozpuścić w 30 ml wody dejonizowanej (DI).</li>
		<li>Odważyć 23,2 g tlenku ołowiu(II) (98%) i dodawać porcjami do wspomnianego zlewki, aż przygotowany tlenek ołowiu zostanie całkowicie rozpuszczony.</li>
		<li>Przefiltrować przez lejek Büchnera z papierem filtracyjnym celulozowym o średnicy 70 mm, aby oddzielić nierozpuszczony tlenek ołowiu.</li>
		<li>Powtórz tę procedurę trzykrotnie. Dodaj wodę dejonizowaną (DI), aby uzyskać całkowitą objętość 1 l.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Przygotowanie elektrolitu bez dodatków (30 ml)
	<ol>
		<li>Do zlewki dodać 20,595 g MSA (70%). Do tej samej zlewki dodać 150 ml przygotowanego 1 M metanosulfonianu ołowiu.</li>
		<li>Dodać wodę dejonizowaną (DI), aby osiągnąć całkowitą objętość 30 ml, i mieszać elektrolit do uzyskania jednorodności, co pozwoli otrzymać roztwór 0,5 M metanosulfonianu ołowiu zmieszanego z 0,5 M MSA.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Przygotowanie elektrolitu z octanem sodu (30 ml) 
	<ol>
		<li>Do zlewki należy dodać 20,595 g MSA (70%). Do tej samej zlewki należy dodać 150 ml przygotowanego 1 M metanosulfonianu ołowiu.</li>
		<li>Do zlewki należy dodać 1,23 g NaOAc (98%) jako czynnik dodatkowy.</li>
		<li>Dodać wodę dejonizowaną do uzyskania całkowitej objętości 30 ml i mieszać elektrolit aż do uzyskania jednorodnej mieszaniny, co pozwoli otrzymać roztwór 0,5 M metanosulfonianu ołowiu, 0,5 M kwasu metanosulfonowego i 50 mM octanu sodu.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Obróbka wstępna elektrod dodatniej i ujemnej
	<ol>
		<li>Wielokrotnie poleruj elektrody dodatnią (komercyjny kompozyt węglowy) i ujemną (nikiel) papierem ściernym (tlenek glinu, P10), aż do całkowitego usunięcia widocznych zanieczyszczeń, a następnie opłucz elektrody wodą dejonizowaną (DI).</li>
		<li>Dodaj 20,83 g chlorku wodoru (35%) do 20 ml wody dejonizowanej i mieszaj roztwór do całkowitego rozpuszczenia chlorku wodoru.</li>
		<li>Zanurzyć całą elektrodę dodatnią w przygotowanym 1 M roztworze chlorku wodoru na noc, aby usunąć zanieczyszczenia z powierzchni elektrody.</li>
		<li>Dokładnie wypłucz elektrodę dodatnią wodą dejonizowaną i osusz ją za pomocą chłonnych ręczników laboratoryjnych. Zaklej jedną stronę każdej elektrody taśmą z politetrafluoroetylenu (PTFE), pozostawiając drugą stronę odsłoniętą.</li>
		<li>Przygotuj inny roztwór, zawierający 3,03 g azotanu potasu (9%) i 30 ml wody destylowanej, co pozwoli na otrzymanie 0,1 M roztworu azotanu potasu.</li>
		<li>Zanurz elektrody dodatnią i ujemną w 0,1 M azotanie potasu w taki sposób, aby odsłonięta powierzchnia była skierowana w stronę każdej z elektrod.</li>
		<li>Przyłożyć potencjał 1,80 V kontra Ag/AgCl do elektrody dodatniej przez 5 min. Następnie zastosować potencjał -1,0 V kontra Ag/AgCl do elektrody dodatniej przez 2 min.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Złożyć na ogniwo w zlewce SLFB
	<ol>
		<li>Przymocuj poddane wstępnej obróbce elektrody dodatnią i ujemną do wykonanej samodzielnie płytki pozycjonującej elektrody, aby uzyskać stałą odległość między elektrodami. Umieść płytkę pozycjonującą wraz z elektrodami w zlewce, zgodnie ze schematem przedstawionym na Rysunek 1 i dodać elektrolit do zlewki, aż do osiągnięcia wyznaczonego poziomu zanurzenia.</li>
		<li>Włożyć mieszadło magnetyczne do zlewki, ustawić zlewkę na płycie grzejnej i kontrolować prędkość obrotową mieszadła. Podłączyć tester baterii do elektrod i przykryć ogniwo w zlewce folią spożywczą, aby zapobiec odparowaniu.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Oblicz sprawność akumulatora
	<ol>
		<li>Po galwanostatycznym ładowaniu i rozładowaniu należy obliczyć sprawność baterii w następujący sposób: 
		Wydajność kulombowska: <img alt="Wzór na wydajność kulombowską CE=Qrozładowania/Qnaładowania; stosowany w analizie parametrów baterii." src="/files/ftp_upload/58484/58484eq1.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Równanie 1"> 
		Sprawność napięciowa: <img alt="Równanie sprawności objętościowej, VE=Vdischarge/Vcharge, przedstawienie wzoru." src="/files/ftp_upload/58484/58484eq2.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Równanie 2"> 
		Efektywność energetyczna: <img alt="Wzór na sprawność energetyczną EE=Edischarge/Echarge, schemat analizy wydajności baterii." src="/files/ftp_upload/58484/58484eq3.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Równanie 3"> 
		Tutaj, Q oznacza kulomby równoważnych elektronów naładowanych/rozładowanych, V napięcie przyłożone/wyjściowe oraz E całkowita energia zmagazynowana/zużyta.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
2. Pomiar wskaźnika rzutów
UWAGA: Ta sekcja opisuje procedurę pomiaru wskaźnika wyrzutu (TI) elektroosadu na elektrodach dodatnich w ogniwach SLFB. Zamiana ról elektrod dodatniej i ujemnej pozwala na uzyskanie drugiego zestawu wyników TI. W tym przypadku TI jest badany przy użyciu własnoręcznie wykonanego ogniwa Haringa-Bluma, przedstawionego schematycznie na Rysunku 2.
<ol>
	<li>Pomiar
	<ol>
		<li>Przed rozpoczęciem eksperymentów należy zważyć i zapisać masę obu elektrod dodatnich.</li>
		<li>Umieść elektrodę ujemną w centrum ogniwa Haringa-Bluma, a jedną elektrodę dodatnią w stosunku odległości 1 od elektrody ujemnej. Umieść drugą elektrodę dodatnią w innym stosunku odległości od elektrody ujemnej (przyjmując 6 jako przykład w Rycina 2).</li>
		<li>Zanurz dwie elektrody dodatnie i jedną elektrodę ujemną o tej samej powierzchni zanurzenia (2 cm2 tutaj) w ogniwie Haringa-Bluma z odpowiednim elektrolitem.</li>
		<li>Zastosować kontrolowaną gęstość prądu (20 mA·cm⁻²-2 (tutaj) na elektrodach za pomocą testera baterii. Przeprowadź ładowanie galwanostatyczne przez określony czas (tutaj 30 min).</li>
		<li>Po nałożeniu warstwy, przepłukać dwie elektrody dodatnie wodą dejonizowaną (DI) i pozostawić do wyschnięcia w temperaturze pokojowej przez noc.</li>
		<li>Ponownie zważ i zapisz masę obu elektrod dodatnich, a następnie oblicz współczynnik rozkładu metalu (MDR) zgodnie z poniższym równaniem.</li>
		<li>Powtórzcie wyżej wymienione eksperymenty, umieszczając drugą elektrodę dodatnią w różnych stosunkach odległości liniowej (LR), aby uzyskać diagram TI (zmieniając wartość od 6 do 1).</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Obliczenia
	<ol>
		<li>Przykład: przyjmując, że elektrodą badaną jest anoda, należy wyznaczyć każdą wartość na diagramie TI na podstawie zmierzonego MDR kontra LR, które oblicza się w następujący sposób: 
		<img alt="Schemat formuły współczynnika elektrodepozycji, MDR = Masa_blisko/Masa_daleko, przedstawia depozycję materiału." src="/files/ftp_upload/58484/58484eq7.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Równanie 7"> 
		<img alt="Równanie ilustrujące koncepcję pola elektrycznego jako stosunku odległości katody do anody." src="/files/ftp_upload/58484/58484eq8.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Równanie 8"></li>
	</ol>
	</li>
</ol>
3. Przygotowanie próbek do SEM
<ol>
	<li>Opłucz elektrodę grafitową wodą dejonizowaną (DI) i wysusz w temperaturze pokojowej po przeprowadzeniu galwanizacji.</li>
	<li>Ostrożnie potnij elektrody grafitowe na pożądane rozmiary próbek za pomocą piły diamentowej. Zamocuj próbkę elektrody w żywicy na zimno, a następnie poleruj ją mechanicznie kolejno papierami ściernymi z węglika krzemu o gradacjach 14, 8 i 3 μm.</li>
	<li>Dalszo poleruj próbki przy użyciu zawiesiny diamentowej 1 μm oraz Al2O3 0,05 μm. Napyl platynę na próbkę zamocowaną na zimno i przymocuj ją taśmami miedzianymi, aby zapewnić przewodnictwo podczas obserwacji SEM.</li>
</ol>

<ol><li>Soloveichik, G. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Flow+batteries%3A+current+status+%26+trends%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Reviews%22%5BJournal%5D)">Flow batteries: current status & trends.</a> Chemical Reviews. 115 (20), 11533-11558 (2015).</li>
<li>Ravikumar, M. K., Rathod, S., Jaiswal, N., Patil, S., Shukla, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+renaissance+in+redox+flow+batteries%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Solid+State+Electrochemistry%22%5BJournal%5D)">The renaissance in redox flow batteries.</a> Journal of Solid State Electrochemistry. 21 (9), 2467-2488 (2017).</li>
<li>Hazza, A., Pletcher, D., Wills, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+novel+flow+battery%3A+A+lead+acid+battery+based+on+an+electrolyte+with+soluble+lead+%28II%29+Part+I.+Preliminary+studies%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Chemistry+Chemical+Physics%22%5BJournal%5D)">A novel flow battery: A lead acid battery based on an electrolyte with soluble lead (II) Part I. Preliminary studies.</a> Physical Chemistry Chemical Physics. 6 (8), 1773-1778 (2004).</li>
<li>Pletcher, D., Wills, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+novel+flow+battery%3A+A+lead+acid+battery+based+on+an+electrolyte+with+soluble+lead+%28II%29+Part+II.+Flow+cell+studies%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Chemistry+Chemical+Physics%22%5BJournal%5D)">A novel flow battery: A lead acid battery based on an electrolyte with soluble lead (II) Part II. Flow cell studies.</a> Physical Chemistry Chemical Physics. 6 (8), 1779-1785 (2004).</li>
<li>Pletcher, D., Wills, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+novel+flow+battery-a+lead+acid+battery+based+on+an+electrolyte+with+soluble+lead+%28II%29.+III.+The+influence+of+conditions+on+battery+performance%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Power+Sources%22%5BJournal%5D)">A novel flow battery-a lead acid battery based on an electrolyte with soluble lead (II). III. The influence of conditions on battery performance.</a> Journal of Power Sources. 149, 96-102 (2005).</li>
<li>Hazza, A., Pletcher, D., Wills, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+novel+flow+battery-a+lead+acid+battery+based+on+an+electrolyte+with+soluble+lead+%28II%29.+IV.+The+influence+of+additives%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Power+Sources%22%5BJournal%5D)">A novel flow battery-a lead acid battery based on an electrolyte with soluble lead (II). IV. The influence of additives.</a> Journal of Power Sources. 149, 103-111 (2005).</li>
<li>Pletcher, D., Zhou, H., Kear, G., Low, C. T. J., Walsh, F. C., Wills, R. G. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+novel+flow+battery-A+lead-acid+battery+based+on+an+electrolyte+with+soluble+lead+%28II%29.+V.+Studies+of+the+lead+negative+electrode%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Power+Sources%22%5BJournal%5D)">A novel flow battery-A lead-acid battery based on an electrolyte with soluble lead (II). V. Studies of the lead negative electrode.</a> Journal of Power Sources. 180 (1), 621-629 (2008).</li>
<li>Pletcher, D., Zhou, H., Kear, G., Low, C. T. J., Walsh, F. C., Wills, R. G. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+novel+flow+battery-A+lead-acid+battery+based+on+an+electrolyte+with+soluble+lead+%28II%29.+Part+VI.+Studies+of+the+lead+dioxide+positive+electrode%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Power+Sources%22%5BJournal%5D)">A novel flow battery-A lead-acid battery based on an electrolyte with soluble lead (II). Part VI. Studies of the lead dioxide positive electrode.</a> Journal of Power Sources. 180 (1), 630-634 (2008).</li>
<li>Li, X., Pletcher, D., Walsh, F. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+novel+flow+battery%3A+a+lead+acid+battery+based+on+an+electrolyte+with+soluble+lead+%28II%29.+Part+VII.+Further+studies+of+the+lead+dioxide+positive+electrode%5BTitle%5D)+AND+%22Electrochimica+Acta%22%5BJournal%5D)">A novel flow battery: a lead acid battery based on an electrolyte with soluble lead (II). Part VII. Further studies of the lead dioxide positive electrode.</a> Electrochimica Acta. 54 (20), 4688-4695 (2009).</li>
<li>Krishna, M., Fraser, E. J., Wills, R. G. A., Walsh, F. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Developments+in+soluble+lead+flow+batteries+and+remaining+challenges%3A+An+illustrated+review%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Energy+Storage%22%5BJournal%5D)">Developments in soluble lead flow batteries and remaining challenges: An illustrated review.</a> Journal of Energy Storage. 15, 69-90 (2018).</li>
<li>Lin, Y. -T., Tan, H. -L., Lee, C. -Y., Chen, H. -Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Stabilizing+the+electrodeposit-electrolyte+interphase+in+soluble+lead+flow+batteries+with+ethanoate+additive%5BTitle%5D)+AND+%22Electrochimica+Acta%22%5BJournal%5D)">Stabilizing the electrodeposit-electrolyte interphase in soluble lead flow batteries with ethanoate additive.</a> Electrochimica Acta. 263, 60-67 (2018).</li>
<li>Oury, A., Kirchev, A., Bultel, Y., Chainet, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((PbO2%2FPb2%2B+cycling+in+methanesulfonic+acid+and+mechanisms+associated+for+soluble+lead-acid+flow+battery+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Electrochimica+Acta%22%5BJournal%5D)">PbO2/Pb2+ cycling in methanesulfonic acid and mechanisms associated for soluble lead-acid flow battery applications.</a> Electrochimica Acta. 71, 140-149 (2012).</li>
<li>Oury, A., Kirchev, A., Bultel, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Potential+response+of+lead+dioxide%2FLead+%28II%29+galvanostatic+cycling+in+methanesulfonic+acid%3A+a+morphologico-kinetics+interpretation%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+The+Electrochemical+Society%22%5BJournal%5D)">Potential response of lead dioxide/Lead (II) galvanostatic cycling in methanesulfonic acid: a morphologico-kinetics interpretation.</a> Journal of The Electrochemical Society. 160 (1), A148-A154 (2013).</li>
</ol>

Nie mamy nic do ujawnienia.

W artykule opisano ekonomiczną metodę przedłużenia cyklu życia SLFB: poprzez zastosowanie czynnika NaOAc jako dodatku do elektrolitu. Partia świeżych elektrod grafitowych i płytek niklowych jest wstępnie przetwarzana, jak wspomniano w kroku 1, przed długoterminowymi eksperymentami cyklicznymi. Ponieważ niespójność między komercyjnymi elektrodami węglowymi może powodować odchylenia wydajności SLFB, fizyczna/chemiczna obróbka wstępna w kroku 1.4 ma kluczowe znaczenie dla usunięcia pozostałości powierzchniowych. Druga część...

Odnawialne źródła energii, w tym energia słoneczna i wiatrowa, są rozwijane od dziesięcioleci, ale ich nieregularny charakter stanowi wielkie wyzwanie. W przypadku przyszłej sieci energetycznej z wykorzystaniem odnawialnych źródeł energii, stabilizacja sieci i wyrównanie obciążenia mają kluczowe znaczenie i można je osiągnąć poprzez integrację magazynowania energii. Akumulatory przepływowe redoks (RFB) są jedną z obiecujących opcji magazynowania energii w skali sieciowej. Tradycyjne RFB zawierają membrany jonoselektywne oddzielające anolit i katolit; na przykład wykazano, że RFB wykonany w całości z wanadu działa z wysoką wydajnością i długim cyklem życia1,2. Jednak ich udział w rynku magazynowania energii jest bardzo ograniczony, częściowo ze względu na drogie materiały i nieskuteczne membrany jonoselektywne. Z drugiej strony, jednoprzepływowy rozpuszczalny akumulator przepływowy (SLFB) jest prezentowany przez Plectchera i wsp.1,2,3,4,5. SLFB jest pozbawiony błony, ponieważ ma tylko jeden aktywny gatunek, jony Pb(II). Jony Pb(II) są galwanizowane na elektrodzie dodatniej jako PbO2 i elektrodzie ujemnej jako Pb jednocześnie podczas ładowania i przekształcają się z powrotem w Pb(II) podczas rozładowywania. SLFB wymaga zatem tylko jednej pompy obiegowej i jednego zbiornika magazynowego elektrolitu, co z kolei może potencjalnie prowadzić do obniżenia kosztów kapitałowych i operacyjnych w porównaniu z konwencjonalnymi RFB. Opublikowany cykl życia SLFB jest jednak jak dotąd ograniczony do mniej niż 200 cykli w normalnych warunkach przepływu6,7,8,9,10.
Czynniki prowadzące do krótkiego cyklu życia SLFB są wstępnie związane z osadzaniem/rozpuszczaniem PbO2 na elektrodzie dodatniej. Podczas procesów ładowania/rozładowania stwierdzono, że kwasowość elektrolitu wzrasta w głębokich lub powtarzających się cyklach11, a protony sugerują wywoływanie generowania warstwy pasywacyjnej o niestechiometrycznym PbOx12,13. Wydalanie PbO2 jest kolejnym zjawiskiem związanym z degradacją SLFB. Zrzucane cząstki PbO2 są nieodwracalne i nie można ich już wykorzystać. Sprawność kulombowska (CE) SLFB w konsekwencji spada z powodu niezrównoważonych reakcji elektrochemicznych, a także nagromadzonych elektroosadów na obu elektrodach. Aby przedłużyć cykl życia SLFB, kluczowe znaczenie ma stabilizacja wahań pH i struktury osadów elektrostatycznych. Niedawny artykuł wykazał zwiększoną wydajność i wydłużony cykl życia SLFB z dodatkiem octanu sodu (NaOAc) w elektrolicie metanosulfonowym11.
Tutaj opisany jest szczegółowy protokół stosowania NaOAc jako dodatku do elektrolitu metanosulfonowego w SLFB. Wykazano, że wydajność SLFB jest zwiększona, a żywotność może zostać wydłużona o ponad 50% w porównaniu z SLFB bez dodatków NaOAc. Ponadto przedstawiono procedury pomiaru wskaźnika wyrzucania (TI) w celu ilościowego porównania wpływu dodatków na elektroosadzanie. Na koniec opisano metodę przygotowania próbki do elektroosadzania na elektrodach za pomocą skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM), a addytywny wpływ na elektroosad przejawia się w uzyskanych obrazach.

<table><tbody><tr><td>Celulozowa bibuła filtracyjna 70 mm</td><td>Advance</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Autolab</td><td>Metrohm</td><td>PGSTA302N</td><td></td></tr><tr><td>BT-Lab</td><td>BioLogic</td><td>BCS-810</td><td></td></tr><tr><td>komercyjna elektroda z kompozytu węglowego</td><td>Homy Tech, Tajwan</td><td></td><td>Gęstość 1,75 g cm-3 i przewodność elektryczna 330 S cm-1</td></tr><tr><td>Piła diamentowa</td><td>Buehler</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Kwas solny</td><td>SHOWA</td><td>0812-0150-000-69SW</td><td>35%</td></tr> <tr><td>tlenek ołowiu (II)</td><td>SHOWA</td><td>1209-0250-000-23SW</td><td>98%</td></tr> <tr><td>Lutropur MSA</td><td>BASF</td><td>50707525</td><td>70%</td></tr> <tr><td>płyta niklowa</td><td>Lien Hung Alloy Trading Co., LTD., Tajwan,&nbsp;</td><td></td><td>99%</td></tr><tr><td>Azotan potasu</td><td>Scharlab</td><td>28703-95</td><td>99%</td></tr><tr><td>Skaningowa mikroskopia elektronowa</td><td>JEOL</td><td>JSM-7800F</td><td>przy napięciu przyspieszającym 15 kV</td></tr><tr><td>Octan sodu</td><td>SHOWA</td><td>1922-5250-000-23SW</td><td>98%</td></tr><tr><td>system oczyszczania wody</td><td>Barnstead MicroPure</td><td></td><td>&nbsp; 18.2 M&Omega; &nbsp; i byka; centymetr</td></tr></tbody></table>

wydłużenie żywotności rozpuszczalnych akumulatorów przepływowych ołowiowych z dodatkiem octanu sodu

Extending the Lifespan of Soluble Lead Flow Batteries with a Sodium Acetate Additive

W tym raporcie przedstawiamy metodę budowy rozpuszczalnego akumulatora przepływowego (SLFB) o wydłużonym cyklu życia. Dostarczając odpowiednią ilość octanu sodu (NaOAc) do elektrolitu, wykazano wydłużenie cyklu życia SLFB o ponad 50% poprzez długoterminowe eksperymenty z ładowaniem/rozładowaniem galwanostatycznym. Wyższa jakość elektrodepozytu PbO2 na elektrodzie dodatniej jest ilościowo weryfikowana dla elektrolitu z dodatkiem NaOAc poprzez pomiary wskaźnika rzutowego (TI). Obrazy uzyskane za pomocą skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM) wykazują również bardziej zintegrowaną morfologię powierzchni PbO2, gdy SLFB jest obsługiwany z elektrolitem z dodatkiem NaOAc. Prace te wskazują, że modyfikacja elektrolitu może być wiarygodną drogą do ekonomicznego umożliwienia SLFB magazynowania energii na dużą skalę.

Aby przedłużyć żywotność cykliczną SLFB, zastosowano NaOAc jako dodatek do elektrolitu. Wydajność cykliczna SLFB z dodatkiem NaOAc i bez niego została zbadana równolegle, a wyniki przedstawiono na Rysunku 3. Dla łatwiejszego ilościowego porównania żywotności cyklicznej, „śmierć” SLFB zdefiniowano jako moment, w którym jej CE spada poniżej 80% podczas ciągłego galwanostatycznego ładowania/rozładowania. Rysunek 3a oraz 3b</...

Przedstawiono protokół budowy rozpuszczalnego akumulatora przepływowego o przedłużonej żywotności, w którym octan sodu jest dostarczany w elektrolicie metanosulfonowym jako dodatek.

Wydłużenie żywotności rozpuszczalnych akumulatorów przepływowych ołowiowych z dodatkiem octanu sodu

In this report, we present a method for the construction of a soluble lead flow battery (SLFB) with an extended cycle life. By supplying an adequate ...

Metoda ta wydłuża cykl życia rozpuszczalnych akumulatorów przepływowych ołowiowych poprzez zastosowanie octanu sodu jako dodatku do elektrolitu, co jest ekonomicznym i skutecznym podejściem. Ponadto konstrukcja ogniwa zlewkowego zastosowana w tej metodzie jest wygodna do badania wpływu dodatku elektrolitu na akumulatory przepływowe redoks o pojedynczym przepływie. Procedurę zademonstrują Yong-Hong Lai, Ho-Wei Chan i Kai-Rui Pan, dwaj doktoranci i student studiów licencjackich z mojego laboratorium.Na początek w dygestorii wlej 274,6 gramów 70% kwasu metanosulfonowego do zlewki i zacznij mieszać mieszadłem. Dodaj 300 mililitrów wody dejonizowanej i kontynuuj mieszanie przez jedną do dwóch minut, aby dokładnie wymieszać roztwór. Następnie dodaj 223,2 grama 98% tlenku ołowiu II do roztworu mieszającego w odstępach wielkości końcówki szpatułki.Poczekaj, aż każda porcja całkowicie się rozpuszczy, zanim dodasz następną. Przefiltrować otrzymany roztwór metanosulfonianu ołowiu trzykrotnie. Rozcieńczyć go do jednego litra wodą dejonizowaną i mieszać przez dwie do trzech godzin, aby uzyskać jednomolowy roztwór.Następnie wymieszaj w zlewce 20,595 grama 70% MSA, 150 mililitrów jednomolowego metanosulfonianu ołowiu i 1,23 grama octanu sodu. Rozcieńczyć mieszaninę do 300 mililitrów wodą dejonizowaną i mieszać przez jedną do dwóch minut, aby uzyskać roztwór elektrolitu z octanem sodu jako dodatkiem. Następnie wypoleruj gołą elektrodę grafitową papierem ściernym o ziarnistości P100, aż nie będą widoczne żadne zanieczyszczenia.Wypłukać wypolerowaną elektrodę wodą dejonizowaną. Następnie dodaj 20,83 grama 35% kwasu solnego do 200 mililitrów wody dejonizowanej i dobrze wymieszaj, aby uzyskać jednomolowy roztwór kwasu solnego. Zanurz elektrodę grafitową w roztworze na co najmniej osiem godzin.Dokładnie spłucz elektrodę grafitową wodą dejonizowaną i osusz ją chusteczką laboratoryjną o niskiej ilości włókien. Wypoleruj elektrodę niklową papierem ściernym o ziarnistości P100, spłucz ją wodą dejonizowaną i wysusz w ten sam sposób. Następnie owiń taśmę politetrafluoroetylenową wokół jednej strony każdej elektrody, pozostawiając odsłoniętą część do podłączenia do testera baterii.Rozpuść 3,03 grama azotanu potasu w 300 mililitrach wody dejonizowanej. Zanurz odsłonięte boki obu elektrod w tym 0,1-molowym roztworze azotanu potasu. Umieść również referencyjną elektrodę srebro-chlorek srebra w roztworze.Następnie podłącz elektrody do potencjostatu. Grafitowa elektroda robocza będzie elektrodą dodatnią, a przeciwelektroda niklowa będzie elektrodą ujemną. Przyłóż potencjał 1,80 V w porównaniu z chlorkiem srebra i srebra do elektrody dodatniej przez pięć minut.Następnie przyłóż potencjał ujemny jednego wolta w porównaniu z chlorkiem srebra i srebra do elektrody dodatniej na dwie minuty, aby zakończyć obróbkę wstępną. Następnie opłucz i osusz elektrody. Następnie podłącz wstępnie obrobione elektrody do niestandardowej płytki pozycjonującej elektrody.Umieść płytkę pozycjonującą na zlewce wyposażonej w mieszadło i napełnij zlewkę elektrolitem, aż roztwór osiągnie odpowiedni poziom. Umieść zespół zlewki na mieszającej płycie grzejnej i podłącz tester baterii do elektrod. Przykryj komorę zlewki folią, aby zapobiec parowaniu przed wykonaniem testu baterii.Podczas testu mieszać mieszaninę z prędkością około 200 obr./min. Aby rozpocząć procedurę pomiaru wskaźnika rzutowego, zważ dwie elektrody dodatnie i zapisz ich masy. Umieść elektrodę ujemną w środkowej pozycji aparatu komórkowego Haringa-Bluma.Umieść jedną elektrodę dodatnią w zespole w pobliżu elektrody ujemnej. Umieść drugą elektrodę dodatnią w odległości kilkakrotnie większej niż odległość między pierwszą elektrodą dodatnią a elektrodą ujemną. Zanurz elektrodę w interesującym elektrolicie i podłącz je do testera baterii.Rozpocznij test od ładowania zespołu akumulatora stałą gęstością prądu 20 miliamperów na centymetr kwadratowy przez 30 minut. Po wykonaniu żądanych cykli ładowania-rozładowania przepłucz elektrody dodatnie wodą dejonizowaną i pozostaw je do wyschnięcia na noc w otaczającym powietrzu. Następnie zważ elektrody dodatnie i oblicz ilość metalu pokrytego na każdej elektrodzie.Powtórz ten proces przy różnych proporcjach odległości liniowej i wygeneruj diagram wskaźnika rzutu. Aby przygotować galwaniczną elektrodę grafitową do SEM, najpierw spłucz ją wodą dejonizowaną i pozostaw do wyschnięcia w temperaturze pokojowej. Następnie za pomocą piły diamentowej ostrożnie pokrój elektrodę na próbki o pożądanym rozmiarze.Zamontuj na zimno próbkę elektrody, zamocuj ją w polerze i wypoleruj mechanicznie kolejno 14-8- i 3-milimetrowym papierem ściernym z węglika krzemu. Przepłucz próbkę wodą dejonizowaną i osusz ją gazowym azotem po każdym polerowaniu. Następnie wypoleruj próbkę jednomilimetrową zawiesiną diamentową, a następnie zawiesiną 0,05 milimetra tlenku glinu w wodzie dejonizowanej.Następnie umieść warstwę platyny na wypolerowanej próbce i przymocuj ją do platformy próbki za pomocą taśmy miedzianej. Pozyskaj obrazy SEM materiału galwanicznego. Dodanie octanu sodu do elektrody SLFB wydłużyło żywotność cyklu ładowania-wyładowania o około 50%Dodanie octanu sodu poprawiło również charakterystykę wyrzucania elektrod dodatnich, na co wskazuje płytsze nachylenie na wykresie wskaźnika rzutu.Octan sodu nie miał znaczącego wpływu na zachowanie posiewu na elektrodzie ujemnej. Obrazy SEM elektrod dodatnich galwanizowanych tlenkiem ołowiu IV w elektrolicie z octanem sodu i bez octanu sodu wykazały, że dodatek odpowiadał gładszej powierzchni tlenku ołowiu IV z mniejszą liczbą defektów. Zanieczyszczenia są szkodliwe dla wydajności SLFB.Upewnij się, że tlenek ołowiu jest całkowicie rozpuszczony w MSA i odfiltruj wszystkie pozostałości ciał stałych przed użyciem elektrolitu. Po pobraniu platerowanej próbki elektrody można przeprowadzić inne techniki skalaryzacji materiału, takie jak EBSD, nanotwardość lub dyfrakcja rentgenowska, aby uzyskać wgląd w wpływ dodatku na elektroosadzanie. Należy pamiętać o przygotowaniu elektrolitu w dygestorium, ponieważ gaz uwalniający się podczas tej procedury może być niebezpieczny.

extending-lifespan-soluble-lead-flow-batteries-with-sodium-acetate

Research

JoVE Journal

Chemistry

Chemia

Opisano protokół konstrukcji i testowania ogniw guzikowych baterii litowo-jonowych. Przedstawiono szczegółowe procedury wykonania elektrody roboczej, przygotowania elektrody przeciwnej, montażu ogniwa wewnątrz komory rękawicowej oraz testowania ogniwa.

Konstrukcja i testowanie ogniw guzikowych baterii litowo-jonowych

Baterie litowo-jonowe wykorzystują łatwopalne i lotne elektrolity organiczne, które są odpowiednie do zastosowań w temperaturze otoczenia. Bezpieczniejszą alternatywą dla elektrolitów organicznych są akumulatory polimerowe ze stali kości. Akumulatory polimerowe działają bezpiecznie w wysokich temperaturach (&gt;120 °C), dzięki czemu można je stosować w zastosowaniach wysokotemperaturowych, takich jak głębokie wiercenia ropy naftowej i hybrydowe pojazdy elektryczne. W tym artykule omówiono (a)...

Elektrolity z kopolimeru kopolimeru w stanie stałym do zastosowań w bateriach litowych

Opisujemy użycie technik synchrotronowej spektroskopii absorpcyjnej promieniowania rentgenowskiego (XAS) i dyfrakcji rentgenowskiej (XRD) do badania szczegółów procesów interkalacji/deinterkalacji w materiałach elektrodowych dla akumulatorów litowo-jonowych i na-jonowych. Zarówno eksperymenty in situ, jak i ex situ są wykorzystywane do zrozumienia zachowań strukturalnych istotnych dla działania...

Charakterystyka materiałów elektrodowych do akumulatorów litowo-jonowych i sodowo-jonowych z wykorzystaniem technik promieniowania synchrotronowego

Opisujemy projekt i budowę ogniwa elektrochemicznego do badania materiałów elektrodowych za pomocą dyfrakcji proszków neutronów in situ (NPD). Pokrótce omówimy alternatywne projekty komórek NPD in situ i omówimy metody analizy odpowiadających im danych NPD in situ uzyskanych przy użyciu tej komórki.

In Situ Dyfrakcja proszku neutronowego przy użyciu niestandardowych akumulatorów litowo-jonowych

Prędkość ultradźwiękowa jest używana do badania mieszania przez przepływ płynu w elektrodach z ciekłego metalu. Celem tego manuskryptu jest zilustrowanie metod stosowanych do wykonywania precyzyjnych, przestrzennie rozdzielczych pomiarów ultradźwiękowych przy jednoczesnym ograniczaniu utleniania oraz kontrolowaniu i monitorowaniu temperatury, przyłożonego prądu i mocy dostarczanej grzałki.

Ultradźwiękowy pomiar prędkości w elektrodzie z ciekłego metalu

Niewodne przetwarzanie elektrod jest kluczowe dla budowy ogniw pastylkowych i oceny nowych chemii elektrod dla akumulatorów litowo-jonowych. Dostępny jest przewodnik krok po kroku po podstawowych praktykach potrzebnych inżynierowi elektrochemikowi pracującemu z bateriami w akademickich warunkach eksperymentalnych.

Niewodne przetwarzanie elektrod i budowa litowo-jonowych ogniw pastylkowych

Tutaj opisujemy protokoły przygotowania elektrolitów z soli jonowej bis(trifluorometanu)sulfonimidu litu na bazie fosfonu i soli bis(trifluorometanu)sulfonimidu, oraz montażu niepalnej i działającej w wysokiej temperaturze baterii litowo-jonowej.

Synteza elektrolitów na bazie cieczy jonowych, montaż akumulatorów litowo-jonowych i pomiary wydajności w wysokiej temperaturze

Prezentujemy protokoły do elektrochemicznej oceny symetrycznej niewodnej organicznej baterii przepływowej redoks i diagnozowania jej stanu naładowania za pomocą FTIR.

Protokół oceny elektrochemicznej i diagnostyki stanu naładowania symetrycznej organicznej baterii przepływowej redoks

Ten artykuł opisuje wpływ różnych temperatur ładowania/rozładowania na degradację ogniw litowo-żelazowo-fosforanowo-grafitowych, dążąc do symulacji scenariuszy zbliżonych do rzeczywistych. W sumie bada się 10 kombinacji temperatur w zakresie od -20 do 30 °C w celu analizy wpływu temperatury na degradację.

Wpływ ładowania i rozładowywania ogniw litowo-żelazowo-fosforanowo-grafitowych w różnych temperaturach na degradację

Celem zgłoszonych protokołów jest stworzenie ładowalnych elektrod z gąbki cynkowej, które tłumią dendryty i zmianę kształtu w bateriach cynkowych, takich jak nikiel-czy-powietrze.

Elektrody akumulatorowe z gąbki cynkowej, które tłumią dendryty

Przedstawiamy tutaj prostą i tańszą metodę wypróżniania glicerolu opartą na zasadzie Archimedesa do pomiaru porowatości elektrod akumulatorów kwasowo-ołowiowych. Metoda ta wykazuje dobrą powtarzalność i jest bezpieczniejsza niż tradycyjne techniki, wymagając niskoniebezpiecznych chemikaliów i sprzętu. Połączenie tej techniki z analizą mikrostrukturalną za pomocą dyfrakcji rentgenowskiej dostarcza informacji o właściwościach elektrod baterii i ich degradacji.

Wypor glicerolu na bazie Archimedesa do pomiaru porowatości elektrod w akumulatorach kwasowo-ołowiowych

Poznaj metodę wydłużenia żywotności rozpuszczalnych akumulatorów przepływowych ołowiowych poprzez dodatek octanu sodu do elektrolitu. Protokół obejmuje przygotowanie roztworu kwasu metanosulfonowego z tlenkiem ołowiu(II) oraz testowanie w komórce zlewkowej.

Wydłużenie żywotności rozpuszczalnych akumulatorów przepływowych ołowiowych z dodatkiem octanu sodu

Przeglądaj więcej filmów