A velocimetria por ultrassom é usada para estudar a mistura por fluxo de fluido em eletrodos de metal líquido. O foco deste manuscrito é ilustrar os métodos usados para fazer medições de ultrassom precisas e espacialmente resolvidas, limitando a oxidação e controlando e monitorando a temperatura, a corrente aplicada e a potência do aquecedor fornecida.
É necessária uma assinatura do JoVE para visualizar este conteúdo. Faça login ou inicie seu teste gratuito.
Artigo de método
O ultra-som de velocidade de medição em um eletrodo de metal líquido
Neste artigo
Resumo
Resumo
Um número cada vez maior de tecnologias electroquimicos dependem do fluxo de fluido, e muitas vezes a que o fluido é opaco. Medindo o fluxo de um fluido opaco é inerentemente mais difíceis de medir o fluxo de um fluido transparente, uma vez que os métodos ópticos não são aplicáveis. O ultra-som pode ser utilizada para medir a velocidade de um fluido opaco, não apenas em pontos isolados, mas em centenas ou milhares de pontos dispostos ao longo de linhas, com boa resolução temporal. Quando aplicada a um eléctrodo de metal líquido, velocimetria de ultra-sons envolve desafios adicionais: alta temperatura, química, actividade e condutividade eléctrica. Aqui nós descrevemos a aparelhos e métodos que superar estes desafios e permitem a medição de fluxo em um eletrodo de metal líquido, como ele conduz corrente, à temperatura de funcionamento experimental. A temperatura é regulada dentro de ± 2 ° C usando um controlador Proporcional-Integral-Derivativo (PID) que os poderes de um forno custom-built. Atividade química é homemenvelhecido, escolhendo cuidadosamente os materiais da embarcação e que encerra a montagem experimental em uma caixa de luvas cheia de árgon. Finalmente, trajectórias eléctricas não desejadas são cuidadosamente evitada. Um sistema automatizado registra configurações de controle e medições experimentais, utilizando sinais de disparo hardware para sincronizar os dispositivos. Este aparelho e estes métodos podem produzir medições que são impossíveis com outras técnicas, e que permita optimizar e controlo de tecnologias como as pilhas electroquímicas de metal líquido.
Introdução
Baterias de metal líquidos são uma tecnologia promissora para fornecer armazenamento de energia em grande escala sobre redes elétricas em todo o mundo um. Estas baterias oferecem alta densidade energética, alta densidade de energia, ciclo de vida longo, e baixo custo, tornando-os ideais para o armazenamento de energia grade escala 3. Apresentando baterias de metal líquido para a rede de energia permitiria pico de barbear, melhorar a estabilidade da rede e permitir um uso mais generalizado de fontes renováveis intermitentes, como solar, eólica e energia das marés. Pilhas de metal líquido são constituídos por dois eléctrodos de metal líquido sep....
Acesso restrito. Inicie sessão ou comece um teste para visualizar este conteúdo.
Protocolo
1. Configuração do Sistema e Assembléia
- Limpar o transdutor de ultra-sons com isopropanol.
- Coloque o porta-luvas.
- Equipamentos necessários de carga e materiais (incluindo transdutor de ultra-som, ePbBi, vareta, e termopares) no porta-luvas, seguindo as instruções do fabricante do porta-luvas para minimizar a entrada de oxigénio e humidade.
- Mantenha materiais porosos sob vácuo na antecâmara luvas durante 12 horas antes de entrar no porta-luvas.
- Sintonize o controlador PID (somente primeira vez).
- Coloque a mesma quantidade de ePbBi sólido para dentro do recipiente da bateria, que vai ser usado em expe....
Acesso restrito. Inicie sessão ou comece um teste para visualizar este conteúdo.
Resultados
O procedimento para medir a velocidade do som (descrito em detalhe acima) foi adaptado de métodos usados por processamento de sinal-SA. Em princípio, a velocidade do som pode facilmente ser obtida pela medição do tempo de voo de um eco de uma parede na gama conhecida. Mas medir com precisão a localização efectiva da face do transdutor é difícil, por isso, em vez pode-se medir o tempo de voo por duas vezes, utilizando um micrómetro para deslocar a parede por uma distância conhecida entre as medições. Esta distância de .......
Acesso restrito. Inicie sessão ou comece um teste para visualizar este conteúdo.
Discussão
Técnicas de ultra-som pode produzir medições de velocidade em centenas ou milhares de locais em um líquido transparente ou opaco, muitas vezes por segundo. Aplicada a um eletrodo de metal líquido, técnicas de ultra-som encontrar desafios de alta temperatura, a atividade química, e condutividade elétrica. Os métodos para superar estes desafios e medindo o fluxo de metal líquido em eléctrodos activos foram descritos. Em primeiro lugar, um material de eléctrodo sujeitos ao mesmo física como eléctrodos de alta temperatura d.......
Acesso restrito. Inicie sessão ou comece um teste para visualizar este conteúdo.
Divulgações
Os autores não têm nada a divulgar.
Agradecimentos
Somos gratos pela assistência de projeto e fabricação de D. De La Cruz, pelo equipamento emprestado de M. Zahn e pelas discussões perspicazes com D. R. Sadoway e os talentosos eletroquímicos de seu grupo.
....Acesso restrito. Inicie sessão ou comece um teste para visualizar este conteúdo.
Materiais
| Nome | Empresa | Número de catálogo | Comentários |
|---|---|---|---|
| Sonda de termopar tipo K | McMaster-Carr | 3856K83 | http://www.mcmaster.com/ |
| Controlador PID Red | Lion | P1610000 | http://store.redlion.net/store/p16.html |
| Dispositivo de aquisição de dados de computação | de medição Measurement Computing Corporation | Fonte de alimentação http://www.mccdaq.com/index.aspx TDK-Lambda | |
| GEN 8-90-USB-U | http://us.tdk-lambda.com/hp/ | ||
| Instrumento de Ultrassom | SA | DOP3010 | http://www.signal-processing.com/index.html |
| Transdutor de Ultrassom | Processamento de Sinal SA | TR0805LTH | http://www.signal-processing.com/index.html |
| Eutético de Bismuto-Chumbo | VWR | AA40949-P2 | https://us.vwr.com/ |
Referências
- Kim, H., et al. Liquid metal batteries: Past, present, and future. Chem. Rev. 113 (3), 2075-2099 (2013).
- Bradwell, D. J., Kim, H., Sirk, A. H. C., Sadoway, D. R. Magnesium-antimony liquid metal battery for stationary energy storage. J. Am. Chem. Soc. 134
Acesso restrito. Inicie sessão ou comece um teste para visualizar este conteúdo.
Reimpressões e permissões
