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Chemistry

एक सोडियम एसीटेट Additive के साथ घुलनशील सीसा प्रवाह बैटरी की आयु का विस्तार

Published: January 7, 2019 doi: 10.3791/58484
Automatic Translation
1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1
1Bio-industrial Mechatronics Engineering Department, National Taiwan University

Summary

एक विस्तारित जीवन के साथ घुलनशील सीसा प्रवाह बैटरी के निर्माण के लिए एक प्रोटोकॉल, जिसमें सोडियम एसीटेट एक additive के रूप में methanesulfonic इलेक्ट्रोलाइट में आपूर्ति की है, प्रस्तुत किया है ।

Abstract

इस रिपोर्ट में, हम एक विस्तारित चक्र जीवन के साथ एक घुलनशील सीसा प्रवाह बैटरी (SLFB) के निर्माण के लिए एक विधि प्रस्तुत करते हैं । इलेक्ट्रोलाइट के लिए सोडियम एसीटेट (NaOAc) की एक पर्याप्त राशि की आपूर्ति करके, ५०% से अधिक का एक चक्र जीवन विस्तार लंबी अवधि के galvanostatic प्रभारी के माध्यम से SLFBs के लिए प्रदर्शन किया है/ PbO2 electrodeposit सकारात्मक इलेक्ट्रोड पर की एक उच्च गुणवत्ता मात्रात्मक NaOAc-जोड़ा इलेक्ट्रोलाइट अनुक्रमणिका (TI) माप फेंकने से के लिए मान्य है । स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (SEM) द्वारा अधिग्रहीत भी अधिक एकीकृत PbO2 सतह आकृति विज्ञान का प्रदर्शन जब SLFB NaOAc जोड़ा इलेक्ट्रोलाइट के साथ संचालित है । इस काम को इंगित करता है कि इलेक्ट्रोलाइट संशोधन एक प्रशंसनीय मार्ग को आर्थिक रूप से बड़े पैमाने पर ऊर्जा भंडारण के लिए SLFBs सक्षम हो सकता है ।

Introduction

सौर और पवन सहित अक्षय ऊर्जा स्रोतों दशकों के लिए विकसित किया गया है, लेकिन उनके आंतरायिक प्रकृति महान चुनौतियों बन गया है । नवीकरणीय ऊर्जा स्रोतों में शामिल एक भविष्य पावर ग्रिड के लिए, ग्रिड स्थिरीकरण और लोड leveling महत्वपूर्ण है और ऊर्जा भंडारण को एकीकृत करके प्राप्त किया जा सकता है । Redox फ्लो बैटरियों (RFBs) ग्रिड पैमाने पर ऊर्जा भंडारण के लिए आशाजनक विकल्पों में से एक हैं । पारंपरिक RFBs आयन-चयनात्मक anolyte और catholyte को अलग झिल्ली होते हैं; उदाहरण के लिए, अखिल vanadium RFB उच्च दक्षता और एक लंबे चक्र जीवन1,2के साथ संचालित करने के लिए दिखाया गया है । हालांकि, ऊर्जा भंडारण के रूप में अपने शेयर बाजार बहुत महंगा शामिल सामग्री और अप्रभावी आयन चयनात्मक झिल्ली के कारण भाग में सीमित है । दूसरी ओर, एक एकल प्रवाह घुलनशील सीसा प्रवाह बैटरी (SLFB) Plectcher एट अल द्वारा प्रस्तुत किया है । 1 , 2 , 3 , 4 , 5. SLFB झिल्ली कम है क्योंकि यह केवल एक सक्रिय प्रजातियों, पंजाब (द्वितीय) आयनों है । पंजाब (द्वितीय) आयनों PbO2 के रूप में सकारात्मक इलेक्ट्रोड पर electroplated कर रहे हैं और एक साथ चार्ज के दौरान पंजाब के रूप में नकारात्मक इलेक्ट्रोड, और निर्वहन के दौरान पंजाब (द्वितीय) को वापस कन्वर्ट. एक SLFB इस प्रकार एक संचलन पंप और एक इलेक्ट्रोलाइट भंडारण टैंक की जरूरत है, जो बारी में संभवतः पारंपरिक RFBs की तुलना में कम पूंजी और परिचालन लागत के लिए नेतृत्व कर सकते हैं । SLFBs के प्रकाशित चक्र जीवन बहरहाल, अब तक सामांय प्रवाह की स्थिति6,7,8,9,10के तहत कम से २०० चक्र तक ही सीमित है ।

एक लघु SLFB चक्र जीवन के लिए अग्रणी कारकों सकारात्मक इलेक्ट्रोड पर PbO2 के जमाव/विघटन के साथ जुड़े preliminarily है । प्रभार/निर्वहन प्रक्रियाओं के दौरान, इलेक्ट्रोलाइट अंलता गहरी या दोहराया चक्र11से अधिक वृद्धि करने के लिए पाया जाता है, और प्रोटान गैर stoichiometric PbOएक्स12की एक passivation परत की पीढ़ी को प्रेरित करने के लिए सुझाव दिया जाता है, 13. PbO2 का छप्पर SLFB क्षरण से संबंधित एक और घटना है । शेड PbO2 कणों अपरिवर्तनीय है और अब कोई उपयोग किया जा सकता है । SLFBs के coulombic दक्षता (CE) परिणामी असंतुलित विद्युत प्रतिक्रियाओं के साथ ही दोनों इलेक्ट्रोड पर संचित electrodeposits की वजह से गिरावट आती है. SLFBs के चक्र जीवन का विस्तार करने के लिए, पीएच उतार चढ़ाव और electrodeposit संरचना स्थिर महत्वपूर्ण हैं । हाल के एक पत्र में एक बढ़ाया प्रदर्शन और सोडियम एसीटेट (NaOAc) के साथ SLFBs के विस्तारित चक्र जीवन methanesulfonic इलेक्ट्रोलाइट11में प्रदर्शित करता है ।

यहां, SLFBs में methanesulfonic इलेक्ट्रोलाइट के लिए एक additive के रूप में NaOAc रोजगार के लिए एक विस्तृत प्रोटोकॉल का वर्णन किया गया है । SLFB प्रदर्शन बढ़ाया जा करने के लिए दिखाया गया है और उम्र NaOAc additives के बिना SLFBs की तुलना में ५०% से अधिक द्वारा बढ़ाया जा सकता है । इसके अलावा, electrodeposition पर additive प्रभाव की मात्रात्मक तुलना के प्रयोजन के लिए सूचकांक (TI) माप फेंकने के लिए प्रक्रियाओं सचित्र हैं । अंत में, SLFB इलेक्ट्रोड पर electrodeposit के लिए एक स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (SEM) नमूना तैयारी विधि का वर्णन किया गया है और electrodeposit पर additive प्रभाव अधिग्रहीत छवियों में प्रकट होता है ।

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Protocol

1. एक सोडियम एसीटेट Additive के साथ एक SLFB चोंच सेल का निर्माण

नोट: यह खंड लंबी अवधि के सायक्लिंग प्रयोग के लिए एक additive के साथ एक SLFB चोंच सेल का निर्माण करने की प्रक्रिया का वर्णन करता है । प्रोटोकॉल के साथ और additive के बिना इलेक्ट्रोलाइट तैयारी भी शामिल है, इलेक्ट्रोड उपचार, सेल विधानसभा, और दक्षता गणना.

  1. लीड methanesulfonate की तैयारी (1 L, 1 M उदाहरण के रूप में)
    1. धुएं के हुड में, एक बार हलचल के साथ एक चोंच सरगर्मी करने के लिए methanesulfonic एसिड (एमएसए, ७०%) के २७४.६ ग्राम जोड़ें । (DI) पानी के ३०० मिलीलीटर के साथ एमएसए भंग ।
    2. तैयार सीसा ऑक्साइड पूरी तरह से भंग कर दिया है जब तक २२३.२ सीसा (द्वितीय) ऑक्साइड (९८%) और aforementioned चोंच को वेतन वृद्धि में जोड़ने के जी ।
    3. ७० मिमी फाइबर फिल्टर कागज के साथ Büchner कीप के माध्यम से फ़िल्टर किसी भी undissolved नेतृत्व ऑक्साइड अलग करने के लिए.
    4. इस कार्यविधि को 3 बार दोहराएं । DI पानी जोड़ें कुल मात्रा में 1 एल तक पहुंचने के लिए ।
  2. additive के बिना इलेक्ट्रोलाइट की तैयारी (३०० एमएल)
    1. एमएसए के २०.५९५ ग्राम जोड़ें (७०%) एक चोंच के लिए । एक ही यूरिन के लिए तैयार 1 मीटर लीड methanesulfonate की १५० एमएल जोड़ें ।
    2. DI पानी जोड़ें कुल मात्रा में ३०० मिलीलीटर तक पहुंचने के लिए और समान रूप से मिश्रित है, जो ०.५ मीटर एमएसए के साथ मिश्रित ०.५ एम सीसा methanesulfonate के समाधान में परिणाम है जब तक इलेक्ट्रोलाइट हलचल ।
  3. तैयारी सोडियम एसीटेट के साथ इलेक्ट्रोलाइट की (३०० मिलीलीटर)
    1. एमएसए के २०.५९५ ग्राम जोड़ें (७०%) एक चोंच के लिए । एक ही यूरिन के लिए तैयार 1 मीटर लीड methanesulfonate की १५० एमएल जोड़ें ।
    2. एक additive एजेंट के रूप में चोंच के लिए NaOAc (९८%) के १.२३ ग्राम जोड़ें ।
    3. DI पानी जोड़ें कुल मात्रा में ३०० मिलीलीटर तक पहुंचने के लिए और समान रूप से मिश्रित है, जो ०.५ एम सीसा methanesulfonate, ०.५ एम methanesulfonic एसिड, और ५० मिमी सोडियम एसीटेट के समाधान में परिणाम जब तक इलेक्ट्रोलाइट हलचल ।
  4. सकारात्मक और नकारात्मक इलेक्ट्रोड के उपचार
    1. एक बार (एल्यूमीनियम ऑक्साइड, P100) के साथ सकारात्मक (वाणिज्यिक कार्बन समग्र) और नकारात्मक (निकेल) इलेक्ट्रोड पॉलिश जब तक कोई दिखाई दोष छोड़ दिया और फिर DI पानी के साथ इलेक्ट्रोड कुल्ला कर रहे हैं ।
    2. २०० मिलीलीटर DI पानी में हाइड्रोजन क्लोराइड (३५%) के २०.८३ ग्राम जोड़ें और हाइड्रोजन क्लोराइड के सभी भंग है जब तक समाधान हलचल ।
    3. इलेक्ट्रोड सतह पर अशुद्धियों को दूर करने के लिए रातोंरात तैयार 1 मीटर हाइड्रोजन क्लोराइड समाधान में पूरे सकारात्मक इलेक्ट्रोड विसर्जित कर दिया ।
    4. अच्छी तरह से DI पानी के साथ सकारात्मक इलेक्ट्रोड कुल्ला और इलेक्ट्रोड नाजुक टास्क वाइपर के साथ सूखी । टेप प्रत्येक इलेक्ट्रोड के एक तरफ polytetrafluoroethylene (PTFE) टेप का उपयोग करते हुए इलेक्ट्रोड के दूसरे पक्ष को उजागर.
    5. पोटेशियम नाइट्रेट की ३.०३ ग्राम (९९%) और ३०० एमएल DI पानी के साथ एक और समाधान तैयार करें, जो ०.१ एम पोटेशियम नाइट्रेट के समाधान में परिणाम है ।
    6. प्रत्येक इलेक्ट्रोड का सामना करना पड़ सतह के साथ ०.१ एम पोटेशियम नाइट्रेट में सकारात्मक और नकारात्मक इलेक्ट्रोड विसर्जित कर दिया.
    7. १.८० वी बनाम एजी/AgCl की क्षमता 5 मिनट के लिए सकारात्मक इलेक्ट्रोड के लिए लागू करें । इसके बाद, की क्षमता लागू-१.० वी बनाम एजी/AgCl 2 मिनट के लिए सकारात्मक इलेक्ट्रोड के लिए ।
  5. इकट्ठा पार्षद SLFB यूरिन सेल
    1. एक निश्चित इलेक्ट्रोड दूरी के लिए एक घर में निर्मित इलेक्ट्रोड पोजीशनिंग बोर्ड के लिए इलाज सकारात्मक और नकारात्मक इलेक्ट्रोड संलग्न. योजनाबद्ध रूप से चित्र 1 में सचित्र और विसर्जन के निर्दिष्ट स्तर तक चोंच में इलेक्ट्रोलाइट जोड़ने के रूप में एक चोंच में इलेक्ट्रोड के साथ पोजिशनिंग बोर्ड रखें ।
    2. एक चुंबकीय सरगर्मी को यूरिन में रखें, एक हॉट प्लेट पर यूरिन की पोजिशन करें और चमचे के रोटेटिंग रेट पर कंट्रोल करे । इलेक्ट्रोड के लिए बैटरी परीक्षक कनेक्ट और वाष्पीकरण को रोकने के लिए प्लास्टिक लपेटो के साथ चोंच सेल को कवर किया ।
  6. बैटरी दक्षता की गणना
    1. galvanostatic चार्ज और निर्वहन के बाद, निम्नलिखित के रूप में बैटरी की दक्षता की गणना:
      Coulombic दक्षता:Equation 1
      वोल्टेज दक्षता:Equation 2
      ऊर्जा क्षमता:Equation 3
      यहाँ, Q नोट coulombs का शुल्क/डिस्चार्ज समकक्ष इलेक्ट्रॉनों, V लागू/निर्गम वोल्टेज, और ई कुल ऊर्जा संग्रहीत/भस्म ।

2. सूचकांक माप फेंक

नोट: इस खंड में SLFB कक्षों में धनात्मक इलेक्ट्रोड पर electrodeposit की अनुक्रमणिका (TI) को मापने के लिए कार्यविधि का वर्णन करता है । सकारात्मक और नकारात्मक इलेक्ट्रोड की भूमिका पलटना तिवारी परिणाम के अन्य सेट बचाता है. इधर, तिवारी ने चित्र 2में योजनाबद्ध रूप से दर्शाए गए होम-मेड Haring-ब्लम सेल का उपयोग करके जांच की है ।

  1. माप
    1. तौलना और प्रयोगों से पहले क्रमशः दो सकारात्मक इलेक्ट्रोड रिकॉर्ड.
    2. एक Haring-ब्लम सेल के केंद्र में नकारात्मक इलेक्ट्रोड और नकारात्मक इलेक्ट्रोड से 1 की दूरी अनुपात में एक सकारात्मक इलेक्ट्रोड रखें. नकारात्मक इलेक्ट्रोड से एक और दूरी अनुपात में दूसरा सकारात्मक इलेक्ट्रोड प्लेस ( चित्रा 2में एक उदाहरण के रूप में 6 ले).
    3. दो सकारात्मक इलेक्ट्रोड और एक नकारात्मक इलेक्ट्रोड के साथ ही डूबे सतह क्षेत्र (2 सेमी2 यहाँ) Haring-ब्लम सेल में ब्याज के इलेक्ट्रोलाइट के साथ विसर्जित कर दिया ।
    4. एक नियंत्रित वर्तमान घनत्व लागू करें (20 mA · cm-2 यहां) इलेक्ट्रोड पर एक बैटरी परीक्षक का उपयोग करके. एक निश्चित अवधि के लिए galvanostatic प्रभारी बाहर ले (30 यहां मिनट) ।
    5. चढ़ाना के बाद, DI पानी के साथ दो सकारात्मक इलेक्ट्रोड कुल्ला और उन्हें कमरे के तापमान पर रात भर सूखी ।
    6. वजन और रिकॉर्ड दो सकारात्मक इलेक्ट्रोड फिर क्रमशः और नीचे सूचीबद्ध समीकरण के अनुसार धातु वितरण अनुपात (एमडीआर) की गणना.
    7. के लिए विभिंन रैखिक दूरी अनुपात (LR) पर दूसरा सकारात्मक इलेक्ट्रोड रखने के द्वारा aforementioned प्रयोगों दोहराएं तिवारी आरेख प्राप्त (6 से यहां 1 के लिए विभिंन) ।
  2. गणना
    1. एक उदाहरण के रूप में, anode के हित के इलेक्ट्रोड के रूप में विचार, और मापा एमडीआर बनाम LR, जो निम्नलिखित के रूप में गणना कर रहे हैं द्वारा TI आरेख पर प्रत्येक डेटा का निर्धारण:
      Equation 7
      Equation 8

3. SEM नमूना तैयारी

  1. DI पानी के साथ ग्रेफाइट इलेक्ट्रोड कुल्ला और विद्युत के बाद कमरे के तापमान पर सूखी ।
  2. स्लाइस हीरा द्वारा वांछित नमूना आकार में इलेक्ट्रोड ग्रेफाइट देखभाल के साथ देखा । ठंड इलेक्ट्रोड नमूना माउंट और फिर यांत्रिक 14, 8 के साथ पॉलिश, और 3 माइक्रोन सिलिकॉन कार्बाइड रेत कागज, बाद में.
  3. इसके अलावा 1 माइक्रोन डायमंड सस्पेंशन और ०.०५ माइक्रोन अल2ओ3के साथ नमूने पॉलिश । प्लेटिनम के साथ ठंड घुड़सवार नमूना जमा करें और यह तांबे टेप के साथ संलग्न करने के लिए SEM अवलोकन के लिए चालकता सुनिश्चित करते हैं ।

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Representative Results

SLFBs के चक्र जीवन का विस्तार करने के लिए, NaOAc एक इलेक्ट्रोलाइट additive के रूप में आपूर्ति की है । के साथ और NaOAc additive के बिना SLFBs के सायक्लिंग प्रदर्शन समानांतर में जांच कर रहे हैं, और परिणाम चित्रा 3में दिखाए जाते हैं । चक्र जीवन के आसान मात्रात्मक तुलना के लिए, हम एक SLFB के "मौत" के रूप में परिभाषित जब उसके CE सतत galvanostatic शुल्क के तहत ८०% से कम है/ चित्रा 3 बी और SLFB के लगभग ५०% चक्र जीवन विस्तार पता चलता है जब ५० मिमी NaOAc ०.५ मीटर सीसा methanesulfonate और ०.५ मीटर एमएसए के इलेक्ट्रोलाइट में जोड़ा जाता है, के तहत ४० मिनट का शुल्क/15 mA cm के वर्तमान घनत्व के साथ निर्वहन -2. चक्र संख्या हम इसलिए के लिए खाते में निर्वहन की पूरी गहराई के तहत बैटरी जीवन का प्रतिनिधित्व है । SLFB प्रदर्शन पर NaOAc additive के सकारात्मक प्रभाव और भी अधिक स्पष्ट है जब प्रभारी की गहराई/निर्वहन बढ़ जाती है, और कोई अतिरिक्त redox प्रतिक्रिया SLFB संचालन संभावित सीमा11में मनाया जाता है ।

चूंकि SLFB विद्युत/विघटन के माध्यम से संचालित है, तिवारी प्रयोगों SLFBs के सकारात्मक और नकारात्मक इलेक्ट्रोड के लिए आयोजित कर रहे हैं, के साथ और NaOAc के बिना, additive प्रभाव में अंतर्दृष्टि प्राप्त करने के लिए. तिवारी माप सकारात्मक इलेक्ट्रोड NaOAc के साथ एक इलेक्ट्रोलाइट के लिए आयोजित एक धातु वितरण अनुपात (एमडीआर) की एक उथले ढलान के लिए रैखिक दूरी अनुपात (LR) से एक आंकड़ा 4aमें additive के बिना एक प्रदर्शन । electrodeposition में LR के लिए एमडीआर के डूबी ढलान तिवारी माप पता चलता है कि गैर-यूनिफ़ॉर्म वर्तमान वितरण से अधिक प्रभावित है, और एक उच्च गुणवत्ता electrodeposit चढ़ाया जा करने के लिए कठिन है । इसके विपरीत, चित्रा 4b में नकारात्मक इलेक्ट्रोड के लिए तिवारी परिणाम दोनों इलेक्ट्रोलाइट्स के लिए LR के लिए एमडीआर के समान ढलानों दिखा । यह परिणाम इंगित करता है कि PbO2 जमाव की एक बेहतर गुणवत्ता सकारात्मक इलेक्ट्रोड पर NaOAc-जोड़ा इलेक्ट्रोलाइट के साथ हासिल की है, जबकि नकारात्मक इलेक्ट्रोड पर पंजाब चढ़ाना लगभग NaOAc additive द्वारा अप्रभावित है.

इसके अलावा, SEM छवियां ५० के बाद SLFBs के सकारात्मक इलेक्ट्रोड पर मढ़वाया के रूप में PbO2 electrodeposits के लिए अधिग्रहण कर रहे है चक्र galvanostatic प्रभारी/निर्वहन प्रयोगों, ६० के तहत मिनट चार्ज/15 mA cm-2 के वर्तमान घनत्व के साथ निर्वहन/ . PbO2 electrodeposit के कम दोषों के साथ एक चिकनी सतह NaOAc additive के साथ एक इलेक्ट्रोलाइट में चित्रा 5 ए में मनाया जाता है, NaOAc के रूप में चित्र 5bमें दिखाए बिना अधिक खंडित PbO2 सतह मढ़वाया की तुलना में । PbO2 electrodeposit के इस रूपात्मक अवलोकन तिवारी माप परिणाम है, जो NaOAc additive के साथ electrodeposition की उच्च गुणवत्ता को इंगित करता है के अनुसार है ।

Figure 1
चित्र 1. SLFB galvanostatic प्रभारी के लिए कार्यरत यूरिन सेल का एक योजनाबद्ध आरेख/ एक घर बनाया इलेक्ट्रोड पोजीशनिंग बोर्ड इलेक्ट्रोड दूरी (18 मिमी) को ठीक करने के लिए प्रयोग किया जाता है, और इलेक्ट्रोलाइट मिश्रण चुंबकीय सरगर्मी की रोटेशन दर को नियंत्रित करने के द्वारा हासिल की है. कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 2
चित्र 2. तिवारी माप के लिए नियोजित Haring-ब्लम सेल का एक योजनाबद्ध आरेख. इस आरेख में, सुदूर के निकट anode दूरी अनुपात करने के लिए 6 पर सेट है 1 । तिवारी परिणाम का पूरा सेट प्रत्येक व्यक्तिगत माप में ताजा इलेक्ट्रोड के साथ दूर करने के लिए इलेक्ट्रोड दूरी अनुपात के साथ अलग से हासिल की है. कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 3
चित्र 3. Galvanostatic चार्ज/निर्वहन चक्र इलेक्ट्रोलाइट के साथ SLFBs की क्षमता (क) के साथ; और (ख) बिना ५० मिमी NaOAc additive; के तहत ४० मिनट का शुल्क/निर्वहन साइकिल चालन और 15 mA के वर्तमान घनत्व · cm-2। कटऑफ संभावित १.०५ वी पर सेट है और इलेक्ट्रोलाइट की मात्रा २६० मिलीलीटर की है । अनुमति के साथ Ref11 में डेटा के आधार पर यह आंकड़ा प्लॉट किया गया है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 4
चित्र 4. धातु वितरण अनुपात की तुलना करने के लिए रैखिक दूरी अनुपात सूचकांक प्रयोग फेंक द्वारा मापा (a) PbO2 जमाव पर सकारात्मक इलेक्ट्रोड; (ख) नकारात्मक इलेक्ट्रोड पर पंजाब की स्थिति । यह आंकड़ा रेफरी11 से अनुमति के साथ संशोधित किया गया है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 5
चित्रा 5. SEM छवियों electroplated PbO2 के सकारात्मक इलेक्ट्रोड पर इलेक्ट्रोलाइट द्वारा (a) ५० mM NaOAc additive के साथ; (ख) बिना additive के । आवर्धन 20, 000X का है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

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Discussion

यह कागज एक किफायती तरीका SLFBs के चक्र जीवन का विस्तार का वर्णन: एक इलेक्ट्रोलाइट additive के रूप में NaOAc एजेंट को रोजगार के द्वारा । ताजा ग्रेफाइट इलेक्ट्रोड और निकेल प्लेटों के एक बैच लंबी अवधि के सायक्लिंग प्रयोगों से पहले चरण 1 में aforementioned के रूप में पूर्व में संसाधित कर रहे हैं । वाणिज्यिक कार्बन इलेक्ट्रोड के बीच विसंगति के कारण हो सकता है SLFBs के प्रदर्शन विचलन, चरण १.४ में भौतिक/रासायनिक उपचार सतह अवशेषों को निकालने के लिए महत्वपूर्ण है । १.४ कदम का दूसरा भाग है विद्युत तरीकों को रोजगार के लिए दोष है कि 0 से १.८ वी बनाम एजी/AgCl के संभावितों के बीच redox प्रतिक्रियाओं को प्रेरित कर सकते है हटाने के लिए । के रूप में चित्र 3में प्रदर्शन किया, SLFBs के चक्र जीवन लगभग ५०% द्वारा विस्तारित है जब NaOAc additive ५० मिमी में एमएसए आधारित इलेक्ट्रोलाइट के लिए आपूर्ति की है, 15 mA cm के एक मौजूदा घनत्व के तहत-2 और एक प्रभारी/

चूंकि इस अध्ययन का फोकस इलेक्ट्रोलाइट additive प्रभाव पर है, हम प्रवाह की स्थिति से व्युत्पन्न अनिश्चितताओं को कम करने के लिए प्रवाह कोशिकाओं के बजाय चोंच कोशिकाओं कार्यरत हैं । चोंच कोशिका चुंबकीय एक रोटेशन की दर पर उभारा है ~ २०० rpm एकाग्रता के एक निश्चित स्तर पर गंभीर आंदोलन के बिना इलेक्ट्रोलाइट की एकरूपता बनाए रखने के लिए । प्रयोगों में यूरिन कोशिकाओं का तापमान नियंत्रित नहीं होता है, जो इसे वायुमंडलीय तापमान (25 ± 5 ° c) के करीब छोड़ता है । तापमान भिन्नता है, तो काफी महत्वपूर्ण, जमाव गुणवत्ता और बैटरी प्रदर्शन को प्रभावित कर सकते हैं, दो तुलना प्रयोगों के तापमान गड़बड़ी हस्तक्षेप से बचने के लिए समानांतर में आयोजित कर रहे हैं. इसके अलावा, SLFBs के दीर्घकालिक चार्ज/कई हफ्तों के लिए जारी रख सकते है जिसके दौरान चोंच कोशिकाओं में इलेक्ट्रोलाइट अज्ञानी लुप्त हो जाएगा । इस प्रकार अतिरिक्त वाष्पीकरण को रोकने के लिए यूरिन सेल को छुपाने के लिए भी महत्वपूर्ण है. हम aforementioned चोंच सेल प्रयोग उपयोगी एक-प्रवाह RFBs में इलेक्ट्रोलाइट/इलेक्ट्रोड संशोधन प्रभाव के विश्लेषण को सरल करने के लिए लगता है ।

चूंकि SLFB एक एकल प्रवाह ऊर्जा भंडारण युक्ति है विद्युत के माध्यम से संचालित/अलग करना PbO2 और पंजाब के सकारात्मक और नकारात्मक इलेक्ट्रोड पर, क्रमशः, प्रभारी/निर्वहन के दौरान, electrodeposits की गुणवत्ता बैटरी के लिए निर्णायक है दक्षता. तिवारी माप ऐतिहासिक electrodeposit की गुणवत्ता की जांच करने के लिए उपयोग किया गया है और इस तरह के additive प्रभाव का आकलन करने के लिए यहां कार्यरत है । चरण 2 में सटीक तिवारी माप के लिए एक निर्णायक विचार के लिए उपयुक्त चढ़ाना अवधि का चयन करने के लिए है । electrodeposit के वजन के बाद से आपूर्ति की शुल्क की राशि के लिए आनुपातिक है और वर्तमान घनत्व बैटरी आपरेशन हालत का प्रतिनिधित्व करने के लिए चुना जाता है, चढ़ाना अवधि electrodeposit की उचित राशि जमा करने के लिए चुना जाना चाहिए बाद में माप के लिए ।

एक अंय प्रमुख घटना NaOAc-असिस्टेड SLFBs में मनाया PbO2 बहा है, जो नेत्रहीन यूरिन सेल में मनाया जा सकता है की महत्वपूर्ण कमी है । इस NaOAc additive के साथ इलेक्ट्रोलाइट में कम बहा PbO2 electrodeposit SEM चित्र 5में दिखाया गया छवियों में मनाया की अधिक congregated सतह के अनुसार है । SLFBs का विस्तारित चक्र जीवन इस प्रकार अधिक एकीकृत PbO2 जमा की चढ़ाना द्वारा प्राप्त किया जाता है जब NaOAc इलेक्ट्रोलाइट के लिए पर्याप्त रूप से जोड़ा जाता है ।

इस रिपोर्ट में, हम NaOAc additive द्वारा SLFB उंर के एक महत्वपूर्ण विस्तार पर निष्कर्ष प्रस्तुत करते हैं । हमारे काम SLFB प्रौद्योगिकी के काफी सुधार के निशान और SLFBs की विफलता तंत्र पर रोशनी डालता है । कैसे उच्च गुणवत्ता electrodeposition के प्रकाश में NaOAc additive द्वारा सहायता प्राप्त किया जा सकता है, हमारे काम cyclization के दौरान electrodeposition के साथ जुड़े redox प्रतिक्रियाओं को शामिल बैटरी की उंनति के लिए एक रोमांचक एवेंयू को खोलता है ।

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Disclosures

हमारे पास खुलासा करने के लिए कुछ नहीं है ।

Acknowledgments

इस काम को विज्ञान और प्रौद्योगिकी मंत्रालय, आरओसी, एनएससी 102-2221-e-002-146 की फंडिंग संख्या के अंतर्गत, सबसे 103-2221-e-002-233-, और सबसे 104-2628-e-002-016-MY3 द्वारा समर्थित किया गया था ।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
70 mm cellulose filter paper Advance
Autolab Metrohm PGSTA302N
BT-Lab BioLogic BCS-810
commercial carbon composite electrode Homy Tech,Taiwan Density 1.75 g cm-3, and electrical conductivity 330 S cm-1
Diamond saw Buehler
Hydrochloric Acid SHOWA 0812-0150-000-69SW 35%
Lead (II) Oxide SHOWA 1209-0250-000-23SW 98%
Lutropur MSA BASF 50707525 70%
nickel plate Lien Hung Alloy Trading Co., LTD., Taiwan,  99%
Potassium Nitrate Scharlab 28703-95 99%
Scanning electron microscopy JEOL JSM-7800F at accelerating voltage of 15 kV
Sodium Acetate SHOWA 1922-5250-000-23SW 98%
water purification system Barnstead MicroPure  18.2 MΩ • cm

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

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रसायन विज्ञान अंक १४३ सीसा डाइऑक्साइड घुलनशील सीसा प्रवाह बैटरी सोडियम एसीटेट Methanesulfonic एसिड विद्युत सूचकांक फेंक इलेक्ट्रोलाइट Additive ऊर्जा भंडारण
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