Цинк-губчатые аккумуляторные электроды, подавляющий дендриты

Этот протокол обеспечивает простой и недорогой метод создания цинкового электрода, который подавляет дендриты при циклическом использовании в щелочной батарее. Основное преимущество этого метода заключается в том, что можно легко настроить структуру цинкового электрода, изменив размер частиц цинка, тип происхождения и его размер, а также протокол термообработки. Металлическая губка, созданная с использованием этого протокола, попадает в относительную плотность и размер ячеек, которых может быть трудно достичь при использовании стандартных методов производства металлической пены.

Начните с добавления 2,054 миллилитров деионизированной воды и 4,565 миллилитров декана в 100-миллилитровый стеклянный стакан. Затем растворите 0,1 грамма SDS, перемешивая раствор. Далее добавьте в стакан пять миллиграммов водорастворимой средней вязкости КМЦ натриевой соли и помешивайте в течение пяти минут или до полного растворения.

Используйте пластиковые инструменты или инструменты с пластиковым покрытием, так как металлическая поверхность может негативно повлиять на образующиеся цинковые губки. Добавьте и размешайте в стакане 0,844 грамма нерастворимой в воде предварительно набухшей карбоксиметилцеллюлозной смолы. Держите стакан на верхней лопастной мешалке, оснащенной пластиковой лопастью, и перемешивайте всю смесь при 1 000 об/мин в течение пяти минут.

Добавьте 50 грамм порошка цинка и продолжайте помешивать еще пять минут. Через пять минут остановите мешалку и снимите стакан. Поместите стакан в эксикатор на пять минут при комнатной температуре, чтобы вывести смесь и ее содержимое под вакуум.

Разложите цинковую пасту по полипропиленовым формам диаметром примерно 10 миллиметров и высотой пять миллиметров, чтобы высушить пасту на воздухе в течение ночи. После высыхания осторожно удалите цинковую пасту из форм и поместите их в сетчатый корпус, который опирается на держатель из оксида алюминия с насечками. Поместите узел в трубчатую печь с отверстиями для подачи газа внутрь и наружу трубы.

Подайте газообразный азот в печь по трубе на 30 минут со скоростью 5,7 сантиметра в минуту, чтобы очистить печь от воздуха. После 30 минут продувки уменьшите концентрацию газообразного азота до постоянной скорости 2,8 сантиметра в минуту. Запрограммируйте температуру печи на линейное повышение от 20 до 369 градусов Цельсия в течение 68 минут, удерживайте на уровне 369 градусов Цельсия в течение пяти часов, линейно повышайте от 369 до 584 градусов Цельсия в течение 105 минут, а затем выключите.

Запускайте программу печи по мере поступления азота. Остановите подачу газообразного азота вручную после пяти часов поддержания температуры и подайте воздух для дыхания со скоростью 2,8 сантиметра в минуту. Дайте печи остыть до комнатной температуры, как только программа нагрева прекратится, сохраняя при этом поток воздуха для дыхания.

Наконец, снимите остывшие цинковые губки и либо отпилите, либо отшлифуйте их до нужных размеров. Добавьте 10,5 миллилитров деионизированной воды в стеклянный стакан объемом 100 миллилитров. Затем добавьте 0,12 грамма водорастворимой высоковязкой целлюлозной камеди и перемешайте с помощью инструмента для перемешивания с пластиковым покрытием.

Вортексируйте и перемешайте эту смесь вручную в течение пяти минут или до тех пор, пока целлюлозная камедь не растворится. Добавьте 2,4 грамма кукурузного крахмала, вортируя стакан в течение двух минут, а затем добавьте 120 граммов подготовленного цинкового порошка, вортексируя еще две минуты. После этого вдавите полученную цинковую пасту в желаемые полости формы и оставьте их сохнуть на ночь при температуре 70 градусов Цельсия на открытом воздухе в печи.

После высыхания осторожно удалите цинковую пасту из форм и поместите их в сетчатый корпус, который опирается на держатель из оксида алюминия с насечками. Поместите узел в трубчатую печь с отверстиями для подачи газа внутрь и наружу трубы. Подайте газообразный азот в печь по трубе на 30 минут со скоростью 5,7 сантиметра в минуту, чтобы очистить печь от воздуха.

После 30 минут продувки уменьшите концентрацию газообразного азота до постоянной скорости 2,8 сантиметра в минуту. Запрограммируйте температуру печи на линейное повышение от 20 до 369 градусов Цельсия в течение 68 минут, удерживайте на уровне 369 градусов Цельсия в течение пяти часов, линейно повышайте от 369 до 584 градусов Цельсия в течение 105 минут, а затем выключите. Запускайте программу печи по мере поступления азота.

После пяти часов поддержания температуры вручную остановите подачу газообразного азота и подавайте воздух для дыхания со скоростью 2,8 сантиметра в минуту. Дайте печи остыть до комнатной температуры после остановки программы нагрева, сохраняя при этом поток воздуха для дыхания. Наконец, снимите остывшие цинковые губки и распилите или отшлифуйте их до нужных размеров.

По этому протоколу были получены цинковые губки на основе эмульсии с плотностью 2,8 грамма на кубический сантиметр и губки на водной основе с плотностью 3,3 грамма на кубический сантиметр. Цинковые губки должны быть жесткими и хрупкими. Их сечения должны выглядеть примерно так, как показано здесь.

Все свойства полученных цинковых губок должны попадать в пределы, указанные в рукописи текста. Цинковый губчатый электрод демонстрирует стабильность цикличности при гравиметрической емкости 328 миллиампер-часов на грамм цинка, что соответствует 43% глубине разряда. После обширного электрохимического циклирования сконструированных цинковых электродов для оценки их эффективности, на сканирующих электронных микрофотографиях электродов цинковой губки не наблюдалось дендритов.

Поверхность цинковой губки подвергается реструктуризации во время езды на велосипеде. Чем глубже уровень разряда и чем больше срок службы цикла, тем больше объем реструктуризации. Выполняя этот протокол, не забывайте перемешивать смесь инструментом с пластиковым покрытием.

Аналогичные производственные процессы могут быть использованы для создания других типов металлических пенопластов на основе различных металлов для различных применений.