Elektrokimyasal Değerlendirmeleri ve Simetrik Organik Redoks Akış Pil Şarj Diagnostics Devlet için Protokol

Bu video protokolünün genel amacı, simetrik, susuz, PTIO tabanlı, redoks akışlı bir pilin elektrokimyasal performansını ve Fourier dönüşümü kızılötesi tabanlı şarj durumu teşhisini deneysel olarak göstermektir. Dolayısıyla bu yöntem, insanların özellikle uzun vadeli operasyonlarda akış pilinin güvenli ve güvenilir bir şekilde çalıştığından nasıl emin olabilecekleri gibi şebeke enerji depolama alanındaki temel soruları yanıtlayabilir. Bu tekniğin ana avantajı, pilin şarj durumunun, gerçek zamanlı izleme için de entegre edilebilen basit, uygun maliyetli Fourier dönüşümü kızılötesi spektroskopisi ile belirlenebilmesidir.

Genel olarak, bu tekniğe yeni olan kişiler mücadele edecektir, çünkü akış pillerinde çözücü ve destekleyici elektrolitler, elektroaktif malzemenin miktarının belirlenmesi sırasında çok güçlü parazitlere sahip olacaktır. Bu fikre ilk olarak, PTIO'nun çözücü ve tuzdan ayırt edilebilen bir absorpsiyon zirvesine sahip olduğunu ve diğer oksidasyon durumları arasında olduğunu keşfettiğimizde aklımıza geldi. Akış hücrelerinde döngüsel voltametri de dahil olmak üzere tüm elektrokimyasal testler, bir ppm'den daha düşük su ve oksijen seviyeleri ile argon dolgulu bir torpido gözünde gerçekleştirilir.

Döngüsel voltametri kurulumunu 25 mililitre, üç boyunlu, armut biçimli bir şişede, cilalı camsı karbon çalışma elektrodu, grafit keçe şerit karşı elektrot ve gümüş, gümüş nitrat 10 milimolar referans elektrotu ile birleştirin. Daha sonra, 52 miligram PTIO ve 0.87 gram tetrabütilamonyum heksaflorofosfatı 1.1 gram asetonitril içinde çözün. Üç elektrotun uçlarını batırmak için şişeye bu çözeltiden üç mililitre ekleyin.

Elektrotları bir elektrokimyasal iş istasyonuna bağlayın. Saniyede 100 milivoltluk bir tarama hızında eksi 1,75 ila 0,75 volt voltaj aralığındaki döngüsel voltametri eğrilerini ölçün. İki redoks çifti arasındaki potansiyel boşluk, PTIO akış pilinin teorik hücre voltajıdır.

Akış hücresini monte etmek için, önce grafit keçeyi bir tıraş bıçağı kullanarak bir x 10 santimetre karelik bir alana kesin. Benzer şekilde, grafit keçeleri yerleştirmek için her biri bir x 10 santimetre kare deliğe sahip üç x 12 santimetre karelik bir alana ve iki contaya gözenekli bir ayırıcı kesin. Akış pil parçalarını gece boyunca 70 santigrat derecede vakumlu fırında kurutun.

Ertesi gün, parçaları torpido gözüne taşıyın ve ortam sıcaklığına soğumalarını bekleyin. Akış hücresini, önceden ayarlanmış 125 inç pound değerinde bir tork anahtarı kullanarak monte edin. Ardından elektrolit akış borularını akış hücresine bağlayın.

Akış hücresi testini gerçekleştirmek için, torpido gözünde 1.05 gram PTIO ve 3.60 gram TBAPF6'yı 3.60 gram asetonitril içinde çözün. Daha sonra her bir cam şişeye dört mililitre çözelti ekleyin. Elektrolitleri dakikada 20 mililitre olarak akıtın.

Akış hücresinin pozitif ve negatif akım kollektörlerini bir elektrokimyasal iş istasyonuna bağlayın. Açık devre potansiyelinde 100 kiloHertz ila bir Hertz frekans aralığında akış hücresinin elektrokimyasal empedans spektroskopisini ölçün. Bu akış hücrelerinin voltaj kesintileri, empedansın hücre varyasyonu ile hücreye nispeten hassastır ve aşırı şarjı önlemek için her hücrenin ilk döngüsünde ayarlanması gerekir.

Akış hücresinin pozitif ve negatif akım kollektörlerini akü test cihazına bağlayın. Pil çalıştırma yazılımında santimetre kare başına 20 miliamperlik sabit bir akımda 0,8 ve 2,2 voltluk voltaj kesintilerini ayarlayın. PTIO akış hücresini tekrar tekrar şarj edin ve boşaltın.

Torpido gözünde bir asetonitril çözücü numunesi, 1.0 molar TBAPF6 elektrolit solüsyonu ve 0.5 molar PTIO, 1.0 molar TBAPF6 elektrolit solüsyonu hazırlayın. PTIO türlerinin yükü havaya duyarlı olduğundan, hava temasını önlemek için sızdırmaz FTIR hücreleri kullanılmalıdır. FTIR hücresini torpido gözünden FTIR spektrometresine taşırken hava geçirmez bir kap önerilir.

Potasyum bromür pencereli ve 0,2 milimetre yol uzunluğuna sahip sızdırmaz bir FTIR hücresine her çözeltiden küçük bir hacim ekleyin. FTIR hücresini kapatın ve FTIR hücresini bir saklama kabına koyun ve torpido gözünden dışarı aktarın. FTIR hücresini bir spektrometreye monte edin ve FTIR spektrumunu toplamaya devam edin.

Daha sonra asetonitril, 1.0 molar TBAPF6 ve 0.5 molar PTIO, 1.0 molar TBAPF6 elektrolitin elde edilen FTIR spektrumlarını karşılaştırın. Daha sonra, her bir cam şişeye 4.0 mililitre 0.5 molar PTIO, 1.0 molar TBAPF6 çözeltisi ekleyin. Elektrolitleri dakikada 20 mililitre olarak akıtın.

Voltaj 2,2 volta ulaşana kadar akış hücresini tamamen şarj edin. Ardından pompadaki şarjı durdurun ve pozitif ve negatif elektrolitleri toplayın. Daha önce olduğu gibi hem pozitif hem de negatif elektrolitler için FTIR spektrumlarını ölçün.

FTIR spektrumlarını orijinal PTIO çözümününkiyle karşılaştırın. Bir torpido gözünde çalışarak, asetonitrilde 1.0 molar TBAPF6'da bir dizi PTIO çözeltisi hazırlayın. Kalibrasyon eğrisini elde etmek için çözeltilerin her birinin FTIR spektrumlarını ölçün ve karşılaştırın.

Şarj durumunu ölçmek için önce başka bir akış hücresi monte edin. Her cam şişeye 11 mililitre 0.5 molar PTIO, 1.0 molar TBAPF6 çözeltisi ekleyin. Elektrolitleri dakikada 20 mililitre olarak akıtın.

Akış hücresini santimetre kare başına 10 miliamperlik sabit bir akımda şarj edin. Çeşitli şarj sürelerinde, hücre şarjını ve elektrolit akışını durdurun ve hücreye devam etmeden önce elektrolitlerin anolit ve katolit yan cam şişelerinden küçük alikotlarını alın. Son olarak, beş numune alikotunun FTIR spektrumlarını ölçün ve karşılaştırın.

PTIO akış hücresinin elektrokimyasal performansı burada gösterilmektedir. PTIO hücresi, döngüsel voltametriden 1.73 voltluk bir teorik hücre voltajı gösterir. 0,5 molar hücre için merkez kare başına 20 miliamperde döngü, ortalama %90'lık bir coulombic verimliliğe, %67'lik bir voltaik verimliliğe ve %60'lık bir enerji verimliliğine yol açtıBununla birlikte, akış hücresi bir kapasite azalması sergiledi.

SOC'yi belirlemek için FTIR kullanmanın fizibilitesi, FTIR peaK tarafından 1218 ters santimetrede doğrulanmıştır. Burada, çözücüler ve tuz, PTIO'ya minimum müdahaleye sahiptir. PTIO'nun üç oksidasyon durumu birbirinden ayırt edilebilir.

Tepe yoğunluğunun logaritması, PTIO konsantrasyonuna doğrusal bir bağımlılık gösterir ve kalibrasyon eğrisi olarak kullanılabilir. Şarj sırasında çeşitli zaman aralıklarında bir PTIO akış hücresinin PTIO konsantrasyonu ve şarj durumu, FTIR ölçümleri ile belirlendi. FTIR tabanlı SOC belirlemesinin doğruluğu, elektron spin rezonans ölçümleri ile çapraz doğrulanır.

Bir kez ustalaştıktan sonra, bu teknik uygun şekilde yapılırsa sekiz saat içinde yapılabilir. Bu prosedürü denerken, numunelere oksijen veya nem maruz kalmaktan kaçınmayı unutmamak önemlidir. Bu prosedürü takiben, sağlık durumu ve malzemenin bozulması gibi ek soruları yanıtlamak için FTIR'yi döngü numarasının fonksiyonu olarak ölçmek gibi diğer yöntemler gerçekleştirilebilir.

Videoyu izledikten sonra, belirli bir redoks akışlı pil kimyasının elektrokimyasal performansının nasıl değerlendirileceğini ve FTIR'ye duyarlı redoks malzemeleri kullanan redoks akışlı pillerin SOC'sinin nasıl ölçüleceğini iyi anlamış olmalısınız.