Elektrody akumulatorowe z gąbki cynkowej, które tłumią dendryty

Protokół ten zapewnia łatwą i tanią metodę tworzenia elektrody cynkowej, która tłumi dendryty podczas cyklicznego stosowania w baterii alkalicznej. Główną zaletą tej techniki jest to, że można łatwo dostroić strukturę elektrody cynkowej poprzez zmianę wielkości cząstek, rodzaju pochodzenia i jego wielkości lub protokołu obróbki cieplnej. Metalowa gąbka utworzona przy użyciu tego protokołu wpada w względną gęstość i rozmiar komórek, które mogą być trudne do osiągnięcia przy użyciu standardowych metod produkcji pianki metalowej.

Zacznij od dodania 2.054 mililitra wody dejonizowanej i 4.565 mililitra dekanu do 100-mililitrowej szklanej zlewki. Następnie rozpuść 0,1 grama SDS, mieszając roztwór. Następnie dodaj do zlewki pięć miligramów rozpuszczalnej w wodzie soli sodowej CMC o średniej lepkości i mieszaj przez pięć minut lub do rozpuszczenia.

Używaj plastikowych lub pokrytych tworzywem sztucznym narzędzi do mieszania, ponieważ metalowa powierzchnia może niekorzystnie wpływać na powstałe gąbki cynkowe. Dodaj i wymieszaj 0,844 grama nierozpuszczalnej w wodzie, wstępnie spęczniałej żywicy karboksymetylocelulozowej do zlewki. Trzymaj zlewkę na mieszadle łopatkowym nad głową wyposażonym w plastikową łopatkę i mieszaj całą mieszaninę z prędkością 1 000 obr./min przez pięć minut.

Dodaj 50 gramów w proszku i kontynuuj mieszanie jeszcze przez pięć minut. Po pięciu minutach zatrzymaj mieszadło i wyjmij zlewkę. Umieścić zlewkę w eksykatorze na pięć minut w temperaturze pokojowej, aby usunąć mieszaninę i jej zawartość pod próżnią.

Porcjuj pastę cynkową do foremek polipropylenowych o średnicy około 10 milimetrów i wysokości pięciu milimetrów, aby wysuszyć pastę na powietrzu przez noc. Po wyschnięciu ostrożnie wyjmij pastę cynkową z form i umieść je w siatkowej osłonce, która spoczywa na karbowanym uchwycie z tlenku glinu. Umieść zespół w piecu rurowym z portami do przepływu gazu do i z rury.

Wtłaczaj azot do pieca przez 30 minut z prędkością 5,7 centymetra na minutę, aby oczyścić piec z powietrza. Po 30 minutach przedmuchiwania zmniejsz dopływ azotu do stałej prędkości 2,8 centymetra na minutę. Zaprogramuj temperaturę pieca tak, aby rosła liniowo od 20 do 369 stopni Celsjusza w ciągu 68 minut, utrzymuj ją na poziomie 369 stopni Celsjusza przez pięć godzin, wzrastaj liniowo od 369 do 584 stopni Celsjusza w ciągu 105 minut, a następnie wyłącz.

Uruchom program pieca, gdy azot będzie nadal przepływał. Po pięciu godzinach utrzymywania temperatury należy ręcznie zatrzymać przepływ azotu i wdmuchiwać powietrze z prędkością 2,8 centymetra na minutę. Pozwól piecowi ostygnąć do temperatury pokojowej po zatrzymaniu programu grzewczego, utrzymując przepływ powietrza do oddychania.

Na koniec usuń schłodzone gąbki cynkowe i przetnij je lub przeszlifuj do żądanych wymiarów. Dodaj 10,5 mililitra wody dejonizowanej do 100-mililitrowej szklanej zlewki. Następnie dodaj 0,12 grama rozpuszczalnej w wodzie gumy celulozowej o wysokiej lepkości i wymieszaj za pomocą mieszadła pokrytego tworzywem sztucznym.

Wiruj i mieszaj tę mieszaninę ręcznie przez pięć minut lub do momentu, gdy guma celulozowa się rozpuści. Dodaj 2,4 grama skrobi kukurydzianej, wirując zlewkę przez dwie minuty, a następnie dodaj 120 gramów przygotowanego w proszku, wirując przez dodatkowe dwie minuty. Po zakończeniu wciśnij powstałą pastę cynkową do pożądanych wnęk formy i pozostaw je do wyschnięcia na noc w temperaturze 70 stopni Celsjusza na świeżym powietrzu w piecu.

Po wyschnięciu ostrożnie wyjmij pastę cynkową z form i umieść je w siatkowej osłonce, która spoczywa na karbowanym uchwycie z tlenku glinu. Umieść zespół w piecu rurowym z portami do przepływu gazu do i z rury. Wtłaczaj azot do pieca przez 30 minut z prędkością 5,7 centymetra na minutę, aby oczyścić piec z powietrza.

Po 30 minutach przedmuchiwania zmniejsz dopływ azotu do stałej prędkości 2,8 centymetra na minutę. Zaprogramuj temperaturę pieca tak, aby rosła liniowo od 20 do 369 stopni Celsjusza w ciągu 68 minut, utrzymuj ją na poziomie 369 stopni Celsjusza przez pięć godzin, wzrastaj liniowo od 369 do 584 stopni Celsjusza w ciągu 105 minut, a następnie wyłącz. Uruchom program pieca, gdy azot będzie nadal przepływał.

Po pięciu godzinach utrzymywania temperatury należy ręcznie zatrzymać przepływ azotu i wtłaczać powietrze do oddychania z prędkością 2,8 centymetra na minutę. Pozwól piecowi ostygnąć do temperatury pokojowej po zatrzymaniu programu grzewczego, utrzymując przepływ powietrza do oddychania. Na koniec wyjmij schłodzone gąbki cynkowe i przetnij je lub przeszlifuj do żądanych wymiarów.

Protokół ten zastosowano do produkcji gąbek cynkowych na bazie emulsji o gęstości 2,8 grama na centymetr sześcienny oraz gąbek na bazie wody o gęstości 3,3 grama na centymetr sześcienny. Gąbki cynkowe powinny być sztywne i kruche. Ich przekroje powinny wyglądać podobnie do pokazanych tutaj.

Wszystkie właściwości powstałych gąbek cynkowych powinny mieścić się w zakresach podanych w manuskrypcie. Elektroda z gąbki cynkowej wykazuje stabilność cykliczną przy pojemności grawimetrycznej 328 miliamperogodzin na gram, co odpowiada 43% głębokości rozładowania. Po intensywnych cyklach elektrochemicznych skonstruowanych elektrod cynkowych w celu oszacowania ich wydajności, nie zaobserwowano dendrytów w skaningowych mikrografiach elektronowych elektrod z gąbki cynkowej.

Powierzchnia gąbki cynkowej ulega restrukturyzacji podczas jazdy na rowerze. Im głębszy poziom rozładowania i im dłuższy cykl życia, tym większa ilość restrukturyzacji. Wypróbowując ten protokół, pamiętaj, aby wymieszać mieszaninę za pomocą narzędzia pokrytego tworzywem sztucznym.

Podobne procesy produkcyjne można wykorzystać do tworzenia innych rodzajów pianek metalowych na bazie różnych metali do wielu zastosowań.