Die Autoren bedanken sich bei der National Science Foundation Award 1006568 zur Finanzierung dieses Projekts zu bestätigen.

1. Vorbereitung Nano-VB 2 Nanoskopische VB 2 direkt aus elementarem Vanadium und Bor über Kugelmühle in einem 1:2-Molverhältnis synthetisiert. <ol><li> Reinigen Sie eine 50 ml Hartmetall Mahlgefäß und zehn 10-mm Wolframkarbidkugeln. Chemische unter Luft in einem Ofen bei 100 ° C für 1 Stunde, um das gesamte Wasser verdampft ist sicherzustellen. </li><li> Wischen Sie das Innere des Mahlgefäß keinen Rückstand bleibt gewährleisten, wiederholen Sie Schritt 1,1, wenn Rückstände sichtbar ist. </li><li> Spülen Sie das Vorzimmer eines Handschuhfach mit Argon 3x für jeweils 10 Minuten Zeit. Übertragen Sie die Mahlgefäß, Bälle und sauberen Spatel in die Argon gefüllten Handschuhfach. </li><li> Abwiegen Vanadium und Bor-Pulver in einem Molverhältnis von 1:2, 0.500 g Vanadium und 0,212 g Bor in der Fräs-jar, fügen Sie die Bälle, und verschließen Mahlgefäß. </li><li> Entfernen Sie den versiegelten Mahlgefäß aus dem Handschuhfach, legen Sie sie in einer Planeten-Kugelmühle auf 600 rpm und Mühle für 4 Stunden. </li><li> Nach completion, lassen Sie das Mahlgefäß auf Raumtemperatur, bevor Sie aus der Kugelmühle zu kühlen. </li><li> Spülen Sie das Vorzimmer eines Handschuhfach mit Argon 3x für jeweils 10 Minuten Zeit. Übertragen Sie die Mahlgefäß, Rundkolben, Paraffin Film, Spachtel und magnetischen Rührstab in das Handschuhfach. </li><li> Übernehmen Sie die Zirkoniumoxidbeschichtung auf die vorbereitete nanoscopic VB 2 wie folgt: <ol><li> Innen das Handschuhfach sammeln die nano-VB 2 vorher vorbereitet mit einem Spatel auf die Wände des Mahlgefäß bis der Großteil der Startmasse verwertet worden kratzen. Wiegen und Übertragen der gesammelten nano-VB 2 in einen Rundkolben. </li><li> Abwiegen 3,5 Gewichtsprozent Zirkoniumchlorid Vergleich zum gesammelt VB 2 und fügen Sie dann das Pulver in den Rundkolben mit den gesammelten Nano-VB 2. </li><li> In einem magnetischen Rührstab in den Kolben und mit Paraffin Film versiegeln die Öffnung vor dem Entfernen aus dem Handschuhfach. Alternativ kann einSeptum hat mit gleichwertigen Ergebnissen entfernen Rundkolben aus dem Handschuhfach verwendet worden. </li><li> Mit einem 10-ml-Spritze, übertragen 10 ml Diethylether in den Rundkolben. Schnell decken Sie das Loch mit der Spritze in der Paraffin-Film mit einem zusätzlichen Stück Parafilm erstellt. </li><li> Mischen Sie den Kolben auf einer Rührplatte für eine Stunde auf einem Medium Ihrer Wahl. </li><li> Nach einer Stunde dampft das verbleibende Diethylether aus der Nano-VB 2 unter Verwendung eines Rotationsverdampfers oder andere Pumpenkonfiguration bis beschichtete nano-VB 2 trocken erscheint. </li><li> Nach Zr beschichteten Nano-VB 2 vollständig trocken ist, zu sammeln. </li></ol></li></ol> 2. Herstellung der Elektrolytlösung <ol><li> Ein Gemisch aus 4 M KOH und 4 M NaOH-Lösung für die Verwendung als Elektrolyt. (HINWEIS: nur genug, um ein paar Wochen dauern Stellen wiederholen wie nötig, um neue Zellen zu bilden). Wässrige Hydroxid Elektrolyten aus NaOH und KOH wurden in der Vergangenheit in einem Konzentrationsbereich untersucht worden liefGing von 8 M gesättigt. Die Kombination von 4 M NaOH und 4 M KOH ergibt marginal verbessert hohe Leistung im Vergleich zu früheren Ergebnissen mit einem reinen NaOH Elektrolyten. </li></ol> 3. Demontage Zink / Luft-Batterien Siehe Tabelle der Regenten und Materialien für Details über Batterie-Hersteller und die Modellnummer. <ol><li> Öffnen des Zink / Luft-Zelle für die spätere Herstellung von VB 2 / Luft-Zellen. <ol><li> Erstellen Sie einen Schnitt in der Lippe der Knopfzelle Gehäuse mit Seitenschneider. </li><li> Crimp außen eingefasst von der Lippe nach außen. Nachdem er vollständig in der Zelle zweimal, sollte es leicht zu öffnen. </li><li> Mit einer Rasierklinge, Push-up an den Rändern der Kappe langsam, sanft zwingen die Zelle zu öffnen. HINWEIS: Es kann eine Weile dauern, um die Zelle zu öffnen. Seien Sie geduldig und vorsichtig, nicht zu knacken oder zu Beschädigungen an, wenn Sie diese Schritt. Die Zellen müssen erhalten bleiben. </li></ol></li><li> Vorbereiten des Akkus für den Einsatz <ol><li> Sobald die Zelle in zwei Teile (die Kappe und die unten) geöffnet wird beginnen, entfernen Sie vorsichtig die Zink-Anode Material aus der Kappe und in den Boden. </li><li> Entfernen Sie so viel wie möglich feste Zink mit der Rasierklinge. Kein Kratzen am Boden, es ist wichtig, dass keine Teile zu beschädigen. Der Separator (unten) und die Dichtung (Seiten) bilden einen einzigen deckenden Überlagerung, die leicht durch die Anwendung von zu viel Druck mit der Rasierklinge können punktiert werden. Piercing den Separator wird in eine Beschädigung der Kathode Luft führen. Darüber hinaus, wenn die Dichtung gestört die Zuverlässigkeit der Zelle elektrisch isoliert ist verloren. </li><li> Mit einem Wattestäbchen vorsichtig abwischen die restlichen Zink und Rückstände aus der Kappe, unten und Separator. </li><li> Reinigen Sie die Kappe und außerhalb der Zelle mit Isopropylalkohol. </li></ol></li></ol> 4. Herstellung eines 5 mAh Arbeiten Elektrode mit einer 70/30 Mischung trocken <ol><li> Mit synthetisiert Zr beschichteten Nano-VB 2 als aktive Materialienal, wiegen 0,0012 g pro Elektrode hergestellt (in der Regel 5 - 10 Zellen zu einem Zeitpunkt getestet) und Transfer in einem Mörser und Stößel. </li><li> In 30% der gewogen VB 2, 0,0005 g Graphit Ruß (pro Elektrode), um das aktive Material in den Mörser und Pistill zermahlen und für 30 min. </li><li> Stellen Sie sicher, dass es keine großen, sichtbaren Clustern von Material und sammeln Pulver. </li><li> Abwiegen etwa 0,0017 g der Mischung pro 70/30-powder sauber Elektrodenkappe mit einem Spatel. (Wenn der Vorbereitung mehrere Zellen zu einem Zeitpunkt, da sonst das Material in der Elektrode cap). </li><li> In einen einzigen Tropfen Isopropylalkohol jeder Kappe und wirbeln Pulver mit einem Spatel oder andere kleine Spitze, bis keine Klumpen gibt und Suspension wird gleichmäßig über die Oberseite der Kappe verteilt. </li><li> Erlauben Elektroden für 30 min trocknen. </li></ol> 5. VB 2-Air Cell Assembly - chemische Verfahren <ol><li> Montieren Zellen in umgekehrter vom Zink / air Zelle mit der Arbeitselektrode, Kappe, auf den Kopf. </li><li> Organisieren Sie jede Zelle (die 5 - 10 getestet) in zwei Reihen, die Kappen in einem und die entsprechenden Böden in der anderen. Überprüfen Sie jeden Kappe, um sicherzustellen, dass die Anode Material gleichmäßig verteilt und nicht rissig. </li><li> In 27 ul 4 M KOH / 4 M NaOH Elektrolyt Mischung auf jedem Separator. </li><li> Entfernen Sie vorsichtig überschüssiges Elektrolyt aus den Böden mit Baumwolle tupfte nur einmal innerhalb der Unterseite. </li><li> Entfernen Sie vorsichtig jede der Böden, drehen sie um, und legen Sie sie auf der Oberseite der Kappen, so dass die anodische Material in Kontakt mit dem Elektrolyten. </li><li> Üben Sie Druck und versiegeln mit einem schnell trocknenden Epoxy. </li></ol> 6. Nano-VB 2 / Air Cell Testing <ol><li> Nachdem der Herstellungsprozess beendet ist, erfolgt die Zellen auf einem Gestell oder Entladung Batteriehalter. </li><li> Erlauben jede Zelle einen ersten Schritt des restlichen zehn Minuten, um sicherzustellen, dass die Zellen vor äquilibrieren Entladung. </li><li> EntlastungZellen bei einer konstanten Belastung von 3,000 Ω (oder eine alternative gewünschte Last) mit einem Batterie-Tester. </li><li> Nach der Äquilibrierung Schritt eine Messung des Ruhepotential. </li><li> Dann unter einer konstanten Last entladen, bis eine Spannung von 0,4 Stoppen V erreicht ist. </li><li> Coulomb-Wirkungsgrad kann dann durch den Prozentsatz der gemessenen Kapazität im Vergleich zu dem theoretischen Anode elf-Elektronen-Entladekapazität von 4.060 Ah kg -1 berechnet werden. </li></ol>

<ol>
	<li>Linden, D., Reddy, T. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Handbook of Batteries. , (2010).</li><li>Rogulski, Z., Czerwin'ski, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cathode+Modification+in+the+Leclanche'+Cell.">Cathode Modification in the Leclanche' Cell.</a> Journal of Solid State Electrochemistry. 7, 118-121 (2003).</li><li>Neburchilov, V., Wang, H., Martin, J. J., Qu, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+review+on+air+cathodes+for+zinc+-+air+fuel+cells.">A review on air cathodes for zinc - air fuel cells.</a> Journal of Power Sources. 195, 1271-1291 (2010).</li><li>Yu, X., Licht, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High+capacity+alkaline+super-iron+boride+battery.">High capacity alkaline super-iron boride battery.</a> Electrochimica Acta. 52, 8138-8143 (2007).</li><li>Licht, S., Wang, B., Ghosh, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Energetic+Iron(VI)+Chemistry:+The+Super-Iron+Battery.">Energetic Iron(VI) Chemistry: The Super-Iron Battery.</a> Science. 285, 1039-1042 (1990).</li><li>Licht, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Novel+aluminum+batteries:+a+step+towards+derivation+of+superbatteries.">Novel aluminum batteries: a step towards derivation of superbatteries.</a> Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. , 134-241 (1998).</li><li>Licht, S., Myung, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fluorinated+Graphites+as+Energetic+Cathodes+for+Nonaqueous+Al+Batteries.">Fluorinated Graphites as Energetic Cathodes for Nonaqueous Al Batteries.</a> Electrochem. Solid-State Lett. 5, A160-A163 (2002).</li><li>Licht, S., Ghosh, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High+power+BaFe(VI)O4/MnO2+composite+cathode+alkaline+super-iron+batteries.">High power BaFe(VI)O4/MnO2 composite cathode alkaline super-iron batteries.</a> Journal of Power Sources. 109, 465-468 (2002).</li><li>Licht, S., Myung, N., Peramunage, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultrahigh+Specific+Power+Electrochemistry,+Exemplified+by+Al/MnO4-+and+Cd/AgO+Redox+Chemistry.">Ultrahigh Specific Power Electrochemistry, Exemplified by Al/MnO4- and Cd/AgO Redox Chemistry.</a> The Journal of Physical Chemistry B. 102, 6780-6786 (1998).</li><li>Licht, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Aluminum/Sulfur+Battery+Discharge+in+the+High+Current+Domain.">Aluminum/Sulfur Battery Discharge in the High Current Domain.</a> J. Electrochem. Soc. 144, L133-L136 (1997).</li><li>Gao, X. -. P., Yang, H. -. X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multi-electron+materials+for+high+energy+density+batteries.">Multi-electron materials for high energy density batteries.</a> Energy and Environmental Science. 3, 174-189 (2010).</li><li>Yang, H. X., Wang, Y. D., Ai, X. P., Cha, C. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Metal+Borides:+Competitive+High+Capacity+Anode+Materials+for+Aqueous+Primary+Batteries.">Metal Borides: Competitive High Capacity Anode Materials for Aqueous Primary Batteries.</a> Electrochemical and Solid-State. 7, A212-A215 (2004).</li><li>Licht, S., Yu, X., Qu, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Novel+Alkaline+Redox+Couple:+Chemistry+of+the+Fe6+/B2-+Super-iron+Boride+Battery.">Novel Alkaline Redox Couple: Chemistry of the Fe6+/B2- Super-iron Boride Battery.</a> Chemical Communications. 2007, 2753-2755 (2007).</li><li>Licht, S., Wu, H., Yu, X., Wang, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Renewable+Highest+Capacity+VB2/Air+Energy+Storage.">Renewable Highest Capacity VB2/Air Energy Storage.</a> Chemical Communications. 2008, 3257-3259 (2008).</li><li>Light, S., Ghosh, S., Wang, B., Jiang, D., Asercion, J., Bergmann, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanoparticle+Facilitated+Charge+Transfer+and+Voltage+of+a+High+Capacity+VB2+Anode.">Nanoparticle Facilitated Charge Transfer and Voltage of a High Capacity VB2 Anode.</a> Electrochemical and Solid-State. 14, 83-85 (2011).</li><li>Licht, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nano-VB2+Synthesis+from+Elemental+Vanadium+and+Boron:+Nano-VB2+Anode/Air+Batteries.">Nano-VB2 Synthesis from Elemental Vanadium and Boron: Nano-VB2 Anode/Air Batteries.</a> Electrochemical and Solid-State Letters. 15, A12-A14 (2012).</li></ol>

Die Autoren sind Chris Rhodes, Ruben Lopez, Xuguang Li, Mahesh Waje und Matthew Mullings Mitarbeiter Lynntech Inc.

Der Bau des VB 2 / Luft-Batterie auf diese Weise bietet die Möglichkeit zu studieren und erforschen die elf Elektronen pro Molekül, die Charge-Transfer tritt damit die Möglichkeit für einen neuen Akku mit hoher Kapazität. Wenn erhaltenen Ergebnisse zeigen nicht reproduzierbare Ergebnisse zu gewährleisten, dass alle von der Zinkanode aus der Batterie entnommen wurde, dass es eine gleichmäßige Verteilung des aktiven Materials auf der Kappe, und daß die Zellen ordnungsgemäß ohne Leckagen verklebt. Wen...

Vanadium Diborid als Anode hat eine der höchsten volumetrischen Ladekapazität aller Anodenmaterial. Dieses Protokoll stellt eine Methode zur Untersuchung dieses faszinierende Material. Metallisches Zink ist die vorherrschende Anodenmaterial in primären wässrigen Systemen durch Zinkmetall High Zwei-Elektronen volumetrischen und gravimetrischen Ladung Speicherkapazitäten von 5,8 kAh L -1 und 820 Ah kg -1. * Die Zink-Kohle-Batterie, bekannt als Leclanché die Zelle, wurde zum ersten Mal im 19. Jahrhundert eingeführt, die Kombination einer Anode aus Zink mit einem Mangandioxid (Kohlenstoff Stromabnehmer) Kathode in einer Chlorid-Elektrolyt 1. Die gemeinsame alkalische Batterie nutzt dieselbe Paar, aber ersetzt die Chlorid Elektrolyten mit einer wäßrigen Alkali-Elektrolyt. Zusammen Zink-Kohle-und Alkali-Batterien umfassen die Mehrheit der primären Batterien verkauft 1. Wenn die Mangandioxidkathode im alkalischen Zelle ersetzt wirddurch einen Luft-Kathode werden wesentlich höhere Energiespeicherkapazitäten erreicht. Diese Zink-Luft-Batterie nutzt Sauerstoff aus der Luft, und wird häufig in Hörgeräte-Batterien 1-3 gefunden. Unsere Suche nach höherer Kapazität Batteriespeicher wurde auf Materialien, die mehrere Elektronen pro Molekül 4-11 übertragen können konzentriert. Unter der Vielzahl von Redox-Paare, die wir untersucht haben, steht VB 2 out als außerordentlicher alkalischen Anode freisetzen kann 11 Elektronen pro VB 2, mit volumetrischen und gravimetrischen Kapazitäten von 20,7 kAh L -1 und 4060 Ah kg -1 sind. * In 2004 Yang und Mitarbeiter berichteten über die Entlastung der VB 2, sondern auch dokumentiert den erweiterten Bereich, in dem VB 2 ist anfällig für Korrosion in alkalischen Medien 12. Im Jahr 2007 berichteten wir, dass eine Beschichtung auf der VB 2-Teilchen diese Korrosions-13 verhindert, was zu einer Demonstration der VB 2 / Luft-battery in 2008 14. In diesem Beitrag stellen wir ein Protokoll verwendet, um neue Metall / Luft-Systeme, die die Technologie bereits für die Zink / Luft-Zelle entwickelt, um den VB 2 / Luft-Zelle angelegt zu untersuchen. A 2 nanoscopicVB Anode als hochenergetische hoher Leistungsdichte Anode Lage ist, eine ein elf-Elektronen-Oxidationsreaktion zu der theoretischen intrinsischen Kapazität von 4060 Ah dargestellt kg -1 bei erhöhter Batteriespannung und Batterie Belastbarkeit. Die VB 2 / Luft-Paar verwendet einen alkalischen Elektrolyten KOH / NaOH, unter Verwendung des gleichen Sauerstoff-Luft-Kathode aus der Zink / Luft-Zelle 1 extrahiert. Der Kohlenstoff Elektrokatalysator Kathode während der Entladung nicht verbraucht. Es besteht ein Bedürfnis nach einem besseren Verständnis der VB 2 / Luft-System, um eine weitere Verbesserung der Leistung der Zelle. Die Eigenschaften und Leistung von nanoskopischen VB 2 Materialien erkundet mit t werdener Zellenanordnung der Zink / Luft-Zelle 15,16. Elektrochemische Prüfung kann für nanoskopische VB 2 durchgeführt werden Performance durch den Prozent Effizienz vergleichen zu verschiedenen Preisen.

<table border="1">
	<tbody>
		<tr>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>MATERIALS</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Boron</td>
			<td>Alfa Aesar</td>
			<td>11337</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Diethyl Ether</td>
			<td>J.T. Baker</td>
			<td>9244-06</td>
			<td>4L</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Epoxy</td>
			<td>Loctite</td>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>Heavy Duty 5 min setting time</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Isopropyl Alcohol</td>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Panasonic 675 Zinc/Air cell</td>
			<td>Panasonic</td>
			<td>PR675H</td>
			<td>Made in Japan (not German)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>C-NERGY Super C65</td>
			<td>Timcal</td>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>Graphitic carbon black</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vanadium</td>
			<td>Aldrich</td>
			<td>262935</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vanadium Diboride</td>
			<td>American Elements</td>
			<td>12007-37-3</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Zirconium Chloride</td>
			<td>Spectrum</td>
			<td>Z20001</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>EQUIPTMENT</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>50-mL round bottom flask</td>
			<td>Fisher Scientific Co LLC</td>
			<td>CG151001</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Diagonal cutting pliers</td>
			<td>Hardware store</td>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hot/stir plate</td>
			<td>IKA</td>
			<td>C-MAG HS 7</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glove box</td>
			<td>Labconco</td>
			<td>Precision Basic</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ten 10-mm tungsten carbide balls</td>
			<td>Lab Synergy</td>
			<td>55.0100.08</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tungsten carbide milling jar</td>
			<td>Lab Synergy</td>
			<td>50.8600.00</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Razor blade</td>
			<td>Hardware store</td>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Retsch PM 100 planetary ball mill</td>
			<td>Retsch</td>
			<td>205400003</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stir bar</td>
			<td>VWR International</td>
			<td>58947-140</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

fabrication of vb2/air cells for electrochemical testing

Eine Technik, um die Eigenschaften und die Leistung der neuen Multi-Elektronen aufweisenden Metall / Luft-Batterie Systeme untersuchen vorgeschlagen und präsentiert. Ein Verfahren zur Synthese von nanoskopischen VB 2 sowie Schritt-für-Schritt-Verfahren zum Aufbringen einer Beschichtung Zirkonoxid zu den VB 2-Partikel zur Stabilisierung bei der Entlassung präsentiert. Das Verfahren für die Demontage der vorhandenen Zink / Luft-Zellen gezeigt, die neben den Bau des neuen Arbeitselektrode, die herkömmliche Zink / Luft-Zelle mit einer Anode der nanoskopischen VB 2 Anode ersetzen. Schließlich wird eine Entladung der fertigen VB 2 / Luft-Batterie beschrieben. Wir zeigen, dass die Verwendung der Zink / Luft-Zelle als Prüfstand ist nützlich, um eine konsistente Konfiguration, um die Leistung der High-Energie mit hoher Kapazität nanoscopic VB 2 Anode studieren zu stellen.

Elektrochemische Tests durchgeführt, um die Leistung von VB 2 / Luft-Batterien zu bestimmen. Die Ergebnisse für mehrere Zellen erhalten den Nachweis für die Reproduzierbarkeit der Leistung der Zelle. Abbildung 1 vergleicht die VB 2 / Luft-Batterien während einer 3.000 Ohm (links) und 1.000 Ohm (rechts) Entladung. Beachten Sie, dass die Entladespannung, sowie der Anteil des 4.060 Ah -1 intrinsische Kapazität KG höher mit nanoskopischen VB 2 Anode gegenüb...

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Fabrication of VB2/Air Cells for Electrochemical Testing

Ein Protokoll wird präsentiert, um Multi-Elektronen-Metall / Luft-Batterie-Systeme mit früheren Technologie für die Zink / Luft-Zelle entwickelt studieren. Elektrochemische Prüfung wird dann hergestellt Batterien durchgeführt, um die Leistung zu bewerten.

Herstellung von VB<sub&gt; 2</sub&gt; / Air Cells für Elektrochemische Testing

A technique to investigate the properties and performance of new multi-electron metal/air battery systems is proposed and presented. A method for ...

fabrication-of-vb2air-cells-for-electrochemical-testing

Research

JoVE Journal

Engineering

Fabrication of VB2/Air Cells for Electrochemical Testing

11.8K Aufrufe.  The George Washington University. Ein Protokoll wird präsentiert, um Multi-Elektronen-Metall / Luft-Batterie-Systeme mit früheren Technologie für die Zink / Luft-Zelle entwickelt studieren. Elektrochemische Prüfung wird dann hergestellt Batterien durchgeführt, um die Leistung zu bewerten.

Serie: Fabrication of VB2/Air Cells for Electrochemical Testing

Construction and Testing of Coin Cells of Lithium Ion Batteries

Rechargeable lithium ion batteries have wide applications in electronics, where customers always demand more capacity and longer lifetime. Lithium ion batteries have also been considered to be used in electric and hybrid vehicles1 or even electrical grid stabilization systems2. All these applications simulate a dramatic increase in the research and development of battery materials3-7, including new materials3,8, doping9, nanostructuring10-13, coatings or surface modifications14-17 and novel binders18. Consequently, an increasing number of physicists, chemists and materials scientists have recently ventured into this area. Coin cells are widely used in research laboratories to test new battery materials; even for the research and development that target large-scale and high-power applications, small coin cells are often used to test the capacities and rate capabilities of new materials in the initial stage. 
 In 2010, we started a National Science Foundation (NSF) sponsored research project to investigate the surface adsorption and disordering in battery materials (grant no. DMR-1006515). In the initial stage of this project, we have struggled to learn the techniques of assembling and testing coin cells, which cannot be achieved without numerous help of other researchers in other universities (through frequent calls, email exchanges and two site visits). Thus, we feel that it is beneficial to document, by both text and video, a protocol of assembling and testing a coin cell, which will help other new researchers in this field. This effort represents the "Broader Impact" activities of our NSF project, and it will also help to educate and inspire students.
In this video article, we document a protocol to assemble a CR2032 coin cell with a LiCoO2 working electrode, a Li counter electrode, and (the mostly commonly used) polyvinylidene fluoride (PVDF) binder. To ensure new learners to readily repeat the protocol, we keep the protocol as specific and explicit as we can. However, it is important to note that in specific research and development work, many parameters adopted here can be varied. First, one can make coin cells of different sizes and test the working electrode against a counter electrode other than Li. Second, the amounts of C black and binder added into the working electrodes are often varied to suit the particular purpose of research; for example, large amounts of C black or even inert powder were added to the working electrode to test the "intrinsic" performance of cathode materials14. Third, better binders (other than PVDF) have also developed and used18. Finally, other types of electrolytes (instead of LiPF6) can also be used; in fact, certain high-voltage electrode materials will require the uses of special electrolytes7.

A protocol to construct and test coin cells of lithium ion batteries is described. The specific procedures of making a working electrode, preparing a counter electrode, assembling a cell inside a glovebox and testing the cell are presented.

Bau und Erprobung von Knopfzellen von Lithium Ionen Batterien

Rechargeable lithium ion batteries have wide applications in electronics, where customers always demand more capacity and longer lifetime.  Lithium ion ...

Forschung

Ingenieurwesen

Fabrication and Testing of Microfluidic Optomechanical Oscillators

Cavity optomechanics experiments that parametrically couple the phonon modes and photon modes have been investigated in various optical systems including microresonators. However, because of the increased acoustic radiative losses during direct liquid immersion of optomechanical devices, almost all published optomechanical experiments have been performed in solid phase. This paper discusses a recently introduced hollow microfluidic optomechanical resonator. Detailed methodology is provided to fabricate these ultra-high-Q microfluidic resonators, perform optomechanical testing, and measure radiation pressure-driven breathing mode and SBS-driven whispering gallery mode parametric vibrations. By confining liquids inside the capillary resonator, high mechanical- and optical- quality factors are simultaneously maintained.

Parametric optomechanical excitations have recently been experimentally demonstrated in microfluidic optomechanical resonators by means of optical radiation pressure and stimulated Brillouin scattering. This paper describes the fabrication of these microfluidic resonators along with methodologies for generating and verifying optomechanical oscillations.

Herstellung und Prüfung von Mikrofluidik-Optomechanische Oszillatoren

Cavity optomechanics experiments that parametrically couple the phonon modes and photon modes have been investigated in various optical systems including ...

Fabrication Process of Silicone-based Dielectric Elastomer Actuators

This contribution demonstrates the fabrication process of dielectric elastomer transducers (DETs). DETs are stretchable capacitors consisting of an elastomeric dielectric membrane sandwiched between two compliant electrodes. The large actuation strains of these transducers when used as actuators (over 300% area strain) and their soft and compliant nature has been exploited for a wide range of applications, including electrically tunable optics, haptic feedback devices, wave-energy harvesting, deformable cell-culture devices, compliant grippers, and propulsion of a bio-inspired fish-like airship. In most cases, DETs are made with a commercial proprietary acrylic elastomer and with hand-applied electrodes of carbon powder or carbon grease. This combination leads to non-reproducible and slow actuators exhibiting viscoelastic creep and a short lifetime. We present here a complete process flow for the reproducible fabrication of DETs based on thin elastomeric silicone films, including casting of thin silicone membranes, membrane release and prestretching, patterning of robust compliant electrodes, assembly and testing. The membranes are cast on flexible polyethylene terephthalate (PET) substrates coated with a water-soluble sacrificial layer for ease of release. The electrodes consist of carbon black particles dispersed into a silicone matrix and patterned using a stamping technique, which leads to precisely-defined compliant electrodes that present a high adhesion to the dielectric membrane on which they are applied.

This manuscript shows the fabrication process for the manufacture of dielectric elastomer soft actuators based on silicone membranes. The three key stages of production are presented in detail: blade casting of thin silicone membranes; pad printing of compliant electrodes; and the assembly of all the components.

Herstellungsverfahren einer Silikonbasis Dielectric Elastomer Actuators

This contribution demonstrates the fabrication process of dielectric elastomer transducers (DETs). DETs are stretchable capacitors consisting of an ...

Emission Spectroscopic Boundary Layer Investigation during Ablative Material Testing in Plasmatron

Ablative Thermal Protection Systems (TPS) allowed the first humans to safely return to Earth from the moon and are still considered as the only solution for future high-speed reentry missions. But despite the advancements made since Apollo, heat flux prediction remains an imperfect science and engineers resort to safety factors to determine the TPS thickness. This goes at the expense of embarked payload, hampering, for example, sample return missions. 
Ground testing in plasma wind-tunnels is currently the only affordable possibility for both material qualification and validation of material response codes. The subsonic 1.2MW Inductively Coupled Plasmatron facility at the von Karman Institute for Fluid Dynamics is able to reproduce a wide range of reentry environments. This protocol describes a procedure for the study of the gas/surface interaction on ablative materials in high enthalpy flows and presents sample results of a non-pyrolyzing, ablating carbon fiber precursor. With this publication, the authors envisage the definition of a standard procedure, facilitating comparison with other laboratories and contributing to ongoing efforts to improve heat shield reliability and reduce design uncertainties.
The described core techniques are non-intrusive methods to track the material recession with a high-speed camera along with the chemistry in the reactive boundary layer, probed by emission spectroscopy. Although optical emission spectroscopy is limited to line-of-sight measurements and is further constrained to electronically excited atoms and molecules, its simplicity and broad applicability still make it the technique of choice for analysis of the reactive boundary layer. Recession of the ablating sample further requires that the distance of the measurement location with respect to the surface is known at all times during the experiment. Calibration of the optical system of the applied three spectrometers allowed quantitative comparison. At the fiber scale, results from a post-test microscopy analysis are presented.

Development of new ablative materials and their numerical modeling requires extensive experimental investigation. This protocol describes procedures for material response characterization in plasma flows with the core techniques being non-intrusive methods to track the material recession along with the chemistry in the reactive boundary layer by emission spectroscopy.

Emissionsspektroskopische Grenzschichtuntersuchung während ablative Materialprüfung in Plasmatron

Ablative Thermal Protection Systems (TPS) allowed the first humans to safely return to Earth from the moon and are still considered as the only solution ...

Electrochemical Etching and Characterization of Sharp Field Emission Points for Electron Impact Ionization

A new variation of the drop-off method for fabricating field emission points by electrochemically etching tungsten rods in a NaOH solution is described. The results of studies in which the etching current and the molarity of the NaOH solution used in the etching process were varied are presented. The investigation of the geometry of the tips, by imaging them with a scanning electron microscope, and by operating them in field emission mode is also described. The field emission tips produced are intended to be used as an electron beam source for ion production via electron impact ionization of background gas or vapor in Penning trap mass spectrometry applications.

A method for electrochemically etching field emission tips is presented. Etching parameters are characterized and the operation of the tips in field emission mode is investigated.

Elektrochemisches Ätzen und Charakterisierung von Sharp Field Emission Punkte für Elektronenstoßionisation

A new variation of the drop-off method for fabricating field emission points by electrochemically etching tungsten rods in a NaOH solution is described. ...

Fabrication of White Light-emitting Electrochemical Cells with Stable Emission from Exciplexes

The authors present an approach for fabricating stable white light emission from polymer light-emitting electrochemical cells (PLECs) having an active layer which consists of blue-fluorescent poly(9,9-di-n-dodecylfluorenyl-2,7-diyl) (PFD) and &#960;-conjugated triphenylamine molecules. This white light emission originates from exciplexes formed between PFD and amines in electronically excited states. A device containing PFD, 4,4&#39;,4&#39;&#39;-tris[2-naphthyl(phenyl)amino]triphenylamine (2-TNATA), Poly(ethylene oxide) and K2CF3SO3 showed white light emission with Commission internationale de l&#39;&#233;clairage (CIE) coordinates of (0.33, 0.43) and a Color Rendering Index (CRI) of Ra = 73 at an applied voltage of 3.5 V. Constant voltage measurements showed that the CIE coordinates of (0.27, 0.37), Ra of 67, and the emission color observed immediately after application of a voltage of 5 V were nearly unchanged and stable after 300 sec.

The authors present a method for fabricating stable white-light-emitting electrochemical cells utilizing emission from exciplexes formed between a blue-emitting fluorene polymer and aromatic amines.

Die Herstellung von Weißlichtemittierenden elektrochemischen Zellen, die mit stabile Emission von Exciplexe

The authors present an approach for fabricating stable white light emission from polymer light-emitting electrochemical cells (PLECs) having an active ...

Subsurface Defect Localization by Structured Heating Using Laser Projected Photothermal Thermography

The presented method is used to locate subsurface defects oriented perpendicularly to the surface. To achieve this, we create destructively interfering thermal wave fields that are disturbed by the defect. This effect is measured and used to locate the defect. We form the destructively interfering wave fields by using a modified projector. The original light engine of the projector is replaced with a fiber-coupled high-power diode laser. Its beam is shaped and aligned to the projector&#39;s spatial light modulator and optimized for optimal optical throughput and homogeneous projection by first characterizing the beam profile, and, second, correcting it mechanically and numerically. A high-performance infrared (IR) camera is set up according to the tight geometrical situation (including corrections of the geometrical image distortions) and the requirement to detect weak temperature oscillations at the sample surface. Data acquisition can be performed once a synchronization between the individual thermal wave field sources, the scanning stage, and the IR camera is established by using a dedicated experimental setup which needs to be tuned to the specific material being investigated. During data post-processing, the relevant information on the presence of a defect below the surface of the sample is extracted. It is retrieved from the oscillating part of the acquired thermal radiation coming from the so-called depletion line of the sample surface. The exact location of the defect is deduced from the analysis of the spatial-temporal shape of these oscillations in a final step. The method is reference-free and very sensitive to changes within the thermal wave field. So far, the method has been tested with steel samples but is applicable to different materials as well, in particular to temperature sensitive materials.

This method aims at locating vertical subsurface defects. Here, we couple a laser with a spatial light modulator and trigger its video input to heat a sample surface deterministically with two anti-phased modulated lines while acquiring highly resolved thermal images. The defect position is retrieved from evaluating thermal wave interference minima.

Untergrundfehler-Lokalisierung durch strukturierte Erwärmung mittels laserprojektierter photothermischer Thermografie

The presented method is used to locate subsurface defects oriented perpendicularly to the surface. To achieve this, we create destructively interfering ...

Focused Ion Beam Fabrication of LiPON-based Solid-state Lithium-ion Nanobatteries for In Situ Testing

Solid-state electrolytes are a promising replacement for current organic liquid electrolytes, enabling higher energy densities and improved safety of lithium-ion (Li-ion) batteries. However, a number of setbacks prevent their integration into commercial devices. The main limiting factor is due to nanoscale phenomena occurring at the electrode/electrolyte interfaces, ultimately leading to degradation of battery operation. These key problems are highly challenging to observe and characterize as these batteries contain multiple buried interfaces. One approach for direct observation of interfacial phenomena in thin film batteries is through the fabrication of electrochemically active nanobatteries by a focused ion beam (FIB). As such, a reliable technique to fabricate nanobatteries was developed and demonstrated in recent work. Herein, a detailed protocol with a step-by-step process is presented to enable the reproduction of this nanobattery fabrication process. In particular, this technique was applied to a thin film battery consisting of LiCoO2/LiPON/a-Si, and has further been previously demonstrated by in situ cycling within a transmission electron microscope.

Focused Ion Beam Fabrication of LiPON-based Solid-state Lithium-ion Nanobatteries for In Situ Testing

A protocol for the fabrication of electrochemically active LiPON-based solid-state lithium-ion nanobatteries using a focused ion beam is presented.

Fokussierte Ion Beam Herstellung von LiPON-basierten Solid-State-Lithium-Ionen-Nanobatteries zu Testzwecken In Situ

Solid-state electrolytes are a promising replacement for current organic liquid electrolytes, enabling higher energy densities and improved safety of ...

Fabrication of Superhydrophobic Metal Surfaces for Anti-Icing Applications

Several ways to produce superhydrophobic metal surfaces are presented in this work. Aluminum was chosen as the metal substrate due to its wide use in industry. The wettability of the produced surface was analyzed by bouncing drop experiments and the topography was analyzed by confocal microscopy. In addition, we show various methodologies to measure its durability and anti-icing properties. Superhydrophobic surfaces hold a special texture that must be preserved to keep their water-repellency. To fabricate durable surfaces, we followed two strategies to incorporate a resistant texture. The first strategy is a direct incorporation of roughness to the metal substrate by acid etching. After this surface texturization, the surface energy was decreased by silanization or fluoropolymer deposition. The second strategy is the growth of a ceria layer (after surface texturization) that should enhance the surface hardness and corrosion resistance. The surface energy was decreased with a stearic acid film.
The durability of the superhydrophobic surfaces was examined by a particle impact test, mechanical wear by lateral abrasion, and UV-ozone resistance. The anti-icing properties were explored by studying the ability to repeal subcooled water, freezing delay, and ice adhesion.

We illustrate several methodologies to produce superhydrophobic metal surfaces and to explore their durability and anti-icing properties.

Herstellung von Superhydrophob Metalloberflächen für Anti-Icing-Anwendungen

Several ways to produce superhydrophobic metal surfaces are presented in this work. Aluminum was chosen as the metal substrate due to its wide use in ...

Fabrication of an Optical Cell Dryer for the Spectroscopic Analysis Cells

Optical cells, which are experimental instruments, are small, square tubes sealed on one side. A sample is placed in this tube, and a measurement is performed with a spectroscope. The materials used for optical cells generally include quartz glass or plastic, but expensive quartz glass is reused by removing substances, other than liquids, to be analyzed that adhere to the interior of the container. In such a case, the optical cells are washed with water or ethanol and dried. Then, the next sample is added and measured. Optical cells are dried naturally or with a manual hairdryer. However, drying takes time, which makes it one of the factors that increase the experiment time. In this study, the objective is to drastically reduce the drying time with a dedicated automatic dryer that can dry multiple optical cells at once. To realize this, a circuit was designed for a microcomputer, and the hardware using it was independently designed and manufactured.

A protocol for fabricating a device for simultaneously drying multiple optical cells is presented.

Herstellung von eine optische Zelle Trockner für die spektroskopische Analyse-Zellen

Optical cells, which are experimental instruments, are small, square tubes sealed on one side. A sample is placed in this tube, and a measurement is ...