Dendritleri Bastıran Çinko-Sünger Pil Elektrotları

Bu protokol, bir alkalin pilde çevrildiğinde dendritleri bastıran bir çinko elektrot oluşturmak için kolay, düşük maliyetli bir yöntem sağlar. Bu tekniğin temel avantajı, çinko parçacık boyutunu, menşe türünü ve boyutunu veya ısıl işlem protokolünü değiştirerek çinko elektrotun yapısını kolayca ayarlayabilmesidir. Bu protokol kullanılarak oluşturulan metal sünger, standart metal köpük üretim yöntemleri kullanılarak elde edilmesi zor olabilen nispi yoğunluğa ve hücre boyutuna girer.

2.054 mililitrelik bir cam behere 4.565 mililitre deiyonize su ve 100 mililitre dekan ekleyerek başlayın. Daha sonra çözeltiyi karıştırarak 0.1 gram SDS'yi çözün. Daha sonra, behere beş miligram suda çözünür orta viskoziteli CMC sodyum tuzu ekleyin ve beş dakika veya eriyene kadar karıştırın.

Plastik veya plastik kaplı karıştırma aletleri kullanın, çünkü metalik bir yüzey ortaya çıkan çinko süngerleri olumsuz etkileyebilir. Behere 0.844 gram suda çözünmeyen önceden şişmiş karboksimetil selüloz reçinesi ekleyin ve karıştırın. Beheri plastik bir kürek ile donatılmış bir baş üstü kürek karıştırıcı üzerinde tutun ve tüm karışımı beş dakika boyunca 1.000 RPM'de karıştırın.

50 gram çinko tozu ekleyin ve beş dakika daha karıştırmaya devam edin. Beş dakika sonra karıştırıcıyı durdurun ve kabı çıkarın. Karışımı ve içeriğini vakum altında çıkarmak için beheri oda sıcaklığında beş dakika boyunca bir kurutucuya yerleştirin.

Çinko macununu, gece boyunca havayla kurutmak için yaklaşık 10 milimetre çapında ve beş milimetre yüksekliğinde polipropilen kalıplara porsiyonlayın. Kuruduktan sonra, çinko macununu kalıplardan dikkatlice çıkarın ve çentikli bir alümina tutucuya dayanan bir ağ kasaya yerleştirin. Düzeneği, tüpün içine ve dışına gaz akışı sağlamak için portları olan bir tüp fırına yerleştirin.

Fırını havadan arındırmak için nitrojen gazını dakikada 5,7 santimetre hızında 30 dakika fırına sıkın. 30 dakikalık temizlemeden sonra, nitrojen gazını dakikada 2,8 santimetre sabit bir hıza kadar kısın. Fırının sıcaklığını 68 dakika boyunca doğrusal olarak 20 ila 369 santigrat derece arasında artacak şekilde programlayın, beş saat boyunca 369 santigrat derecede tutun, 369 dakika boyunca doğrusal olarak 584 ila 105 santigrat derece arasında yükselin ve ardından kapatın.

Nitrojen akmaya devam ederken fırın programını başlatın. Beş saatlik sıcaklık tutuşundan sonra nitrojen gazı akışını manuel olarak durdurun ve dakikada 2,8 santimetre solunum havası sıkın. Solunum havasının akışını sağlarken ısıtma programı durduğunda fırını oda sıcaklığına soğumaya bırakın.

Son olarak, soğutulmuş çinko süngerleri çıkarın ve istediğiniz boyutlarda testere ile kesin veya zımparalayın. 100 mililitrelik bir cam behere 10,5 mililitre deiyonize su ekleyin. Daha sonra 0.12 gram suda çözünür yüksek viskoziteli selüloz sakızı ekleyin ve plastik kaplı bir karıştırma aleti kullanarak karıştırın.

Bu karışımı girdap haline getirin ve beş dakika boyunca veya selüloz sakızı eriyene kadar elle karıştırın. Beheri iki dakika vortekslerken 2.4 gram mısır nişastası ekleyin ve ardından iki dakika daha vorteksleme yaparken 120 gram hazırlanmış çinko tozu ekleyin. Bittiğinde, elde edilen çinko macununu istenen kalıp boşluklarına bastırın ve bir fırında açık havada 70 santigrat derecede gece boyunca kurumaya bırakın.

Kuruduktan sonra, çinko macununu kalıplardan dikkatlice çıkarın ve çentikli bir alümina tutucuya dayanan bir ağ kasaya yerleştirin. Düzeneği, tüpün içine ve dışına gaz akışı sağlamak için portları olan bir tüp fırına yerleştirin. Fırını havadan arındırmak için nitrojen gazını dakikada 5,7 santimetre hızında 30 dakika fırına sıkın.

30 dakikalık temizlemeden sonra, nitrojen gazını dakikada 2,8 santimetre sabit bir hıza kadar kısın. Fırının sıcaklığını 68 dakika boyunca doğrusal olarak 20 ila 369 santigrat derece arasında artacak şekilde programlayın, beş saat boyunca 369 santigrat derecede tutun, 369 dakika boyunca doğrusal olarak 584 ila 105 santigrat derece arasında yükselin ve ardından kapatın. Nitrojen akmaya devam ederken fırın programını başlatın.

Beş saatlik sıcaklık tutmadan sonra, nitrojen gazı akışını manuel olarak durdurun ve dakikada 2,8 santimetre solunum havası sıkın. Solunum havasının akışını sağlarken ısıtma programı durduğunda fırının oda sıcaklığına soğumasını bekleyin. Son olarak, soğutulmuş çinko süngerleri çıkarın ve istediğiniz boyutlarda testere veya zımparalayın.

Bu protokol, santimetreküp başına 2.8 gram yoğunluğa sahip emülsiyon bazlı çinko süngerler ve santimetreküp başına 3.3 gram yoğunluğa sahip su bazlı süngerler üretmek için kullanıldı. Çinko süngerler sert ve kırılgan olmalıdır. Kesitleri burada gösterilenlere benzer görünmelidir.

Elde edilen çinko süngerlerin tüm özellikleri, metin yazısında verilen aralıklar içinde olmalıdır. Çinko sünger elektrot, gram çinko başına 328 miliamper saatlik bir gravimetrik kapasitede bir döngü stabilitesi gösterir ve bu da %43'lük bir deşarj derinliğine eşlenir. Verimliliklerini tahmin etmek için inşa edilen çinko elektrotların kapsamlı elektrokimyasal döngüsünden sonra, çinko sünger elektrotların taranan elektron mikrograflarında hiçbir dendrit gözlenmedi.

Çinko süngerin yüzeyi, döngü sırasında yeniden yapılanmaya uğrar. Deşarj seviyesi ne kadar derin ve çevrim ömrü ne kadar uzun olursa, yeniden yapılandırma miktarı da o kadar büyük olur. Bu protokolü denerken, karışımı plastik kaplı bir aletle karıştırmayı unutmayın.

Benzer imalat işlemleri, çok sayıda uygulama için farklı metallere dayalı diğer metal köpük türlerini oluşturmak için kullanılabilir.