We are grateful for the design and fabrication assistance of D. De La Cruz, for equipment borrowed from M. Zahn, and for insightful discussions with D. R. Sadoway and the talented electrochemists of his group.

1. System Setup und Montage <ol><li> Reinigen Sie den Ultraschallwandler mit Isopropanol. </li><li> Laden Sie das Handschuhfach. <ol><li> Last erforderlichen Geräte und Materialien (einschließlich Ultraschallwandler, ePbBi, Rührstab und Thermoelemente) in den Handschuhkasten, folgen Sie den Anweisungen des Herstellers Handschuhfach, um das Eindringen von Sauerstoff und Feuchtigkeit zu minimieren. </li><li> Halten porösen Materialien unter Vakuum im Handschuhfach Vorkammer 12 Stunden vor dem Betreten des Handschuhfachs. </li></ol></li><li> Tune der PID-Regler (nur beim ersten Mal). <ol><li> Zeigen die gleiche Menge an Fest ePbBi in das Batteriegefäß, das bei den Versuchen (840 g) verwendet wird. </li><li> Platzieren Sie den Ofen Isolierung um den Batteriebehälter, wenn sie nicht bereits vorhanden ist, und legen Sie den Deckel oben auf dem Batteriebehälter, zusammen mit der negativen Stromabnehmer und Thermoelemente. </li><li> Alle elektrischen Anschlüsse für Thermoelemente und Ofenleistung, wie in gezeigt <strong&gt; Ure 2B. </li><li> Initiieren Sie die automatische Abstimmung des PID-Reglers, unter Verwendung von 150 ° C als Sollwert. Hinweis: Die Angaben dieser Schritt wird abweichen, die in den PID-Regler Hersteller und Modell. Der Controller verwendet hier auto-Melodien durch Steuerung vier Vollwärmezyklen, von RT auf Betriebstemperatur, über einen Zeitraum von Stunden. <ol><li> Verwenden Sie die Pfeiltasten, um den Sollwert (standardmäßig nach der Abstimmung der Steuerung gezeigt) auf 150 ° C einzustellen. </li><li> Halten Sie die Loop-Taste für 3 Sekunden, um die versteckten Schleife einzutreten. Drücken Sie dann die Loop-Taste wiederholt, bis der Controller-Bildschirm zeigt &quot;Tune&quot;. Mit den Pfeiltasten, um es zu ändern JA. </li></ol></li><li> Fügen Sie ein Thermoelement und verwenden Sie die Arbeitsstation zu überwachen und zu protokollieren Temperatur. </li><li> Nachdem der Selbsteinstellung abgeschlossen ist, notieren Sie die Proportional-Integral-Derivative und Parameter, die der PID-Regler ist automatisch mit Hilfe der Controller-Schnittstelle ausgewählt, nach to den Anweisungen des Herstellers. </li></ol></li></ol> 2. Schallgeschwindigkeitsmessung <ol><li> Verwenden des Ofens genügend ePbBi für das Experiment zu schmelzen, von mindestens 400 g. Anmerkung: erforderliche Menge wird für verschiedene Komponenten variieren und ePbBi schmilzt bei 125 ° C. <ol><li> Wenn nötig, entfernen Sie überschüssige Oxid durch Abschöpfen es von der oberen Fläche des ePbBi mit einem Rührstab. </li><li> Legen Sie einen Ultraschallwandler in die Schallgeschwindigkeitsmessung Gerät und ziehen Sie die Pressverbindung um Lecks zu verhindern, legen Sie ein Thermoelement und verwenden Sie die Arbeitsstation zu überwachen und zu protokollieren Temperatur. </li></ol></li><li> Transfer von geschmolzenem Metall zu der Schallgeschwindigkeit-Messvorrichtung. <ol><li> Setzen Sie den Schallgeschwindigkeit Messeinrichtung auf dem Ofenboden und lassen Sie ihn dort für 2 Minuten, um die stufenweise Erhöhung der Temperatur und vermeiden Wärmeschock. </li><li> Bereiten Sie für einen sicheren Transfer durch Entfernen wärmeempfindlichen Geräten oder Materialien aus der Gegend. </li><li> In kleinen Uhrounts von geschmolzenem Metall zu einem Zeitpunkt, da Wärmeschock kann die Ultraschallwandler beschädigen. In ePbBi bis die Wandlerfläche und Mikrometerkopf sind beide vollständig untergetaucht. </li><li> Warten, bis die Temperatur stabil bleibt innerhalb von 1 ° C für mindestens 5 min vor Beginn der Messungen, da die Schallgeschwindigkeit temperaturabhängig ist. </li></ol></li><li> Measure Ultraschallechos an zwei Standorten. <ol><li> Stellen Sie die Mikrometerspitze auf einen beliebigen aber bekannten Ort. Nehmen Ultraschall-Echomessungen, nach den Anweisungen des Geräteherstellers zur Verfügung gestellt. </li><li> Unter Verwendung der Messuhr, bewegen Sie den Mikrometerspitze durch einen bekannten Abstand. Nehmen Ultraschall-Echomessungen. </li></ol></li><li> Entfernen Sie die Metallschmelze aus dem Schallgeschwindigkeitsmessung Gerät und speichern sie in einer hitzeverträglich Behälter. </li><li> Um festzustellen, Schallgeschwindigkeit, Grundstück Echoamplitude als Funktion der Echozeit für jede der beiden Messungen. Suchen Sie die Echos, indem eine Gauß-Kurveauf jedes Echo Peak, wie in Figur 4 ure. Berechnen der Schallgeschwindigkeit durch Dividieren Verschiebeweg durch die Differenz des Echospitzenzeiten. </li></ol> 3. Ultraschall-Geschwindigkeitsmessung <ol><li> Schmelzen genügend ePbBi für den Versuch (840 g), das Entfernen von überschüssigem Oxid, falls erforderlich. Hinweis: Die besten Ergebnisse erzielen, verwenden Sie die gleiche Menge an ePbBi, die zur Abstimmung der PID-Regler verwendet wurde. <ol><li> Legen Sie einen Ultraschallwandler in das Batteriegefäß und ziehen Sie die Pressverbindung um Lecks zu verhindern, sicherzustellen, dass die Ofenboden eben ist. </li></ol></li><li> Transfer von geschmolzenem Metall zu dem Batteriegehäuse. <ol><li> Zeigen Batteriebehälter auf Ofenboden und lassen Sie ihn dort für 5 Minuten, um schrittweise Erhöhung der Temperatur und Thermoschock zu vermeiden. Bereiten Sie für einen sicheren Transfer durch Entfernen wärmeempfindlichen Geräten oder Materialien aus der Gegend. </li><li> In geringen Mengen von geschmolzenem Metall zu einem Zeitpunkt, da Thermoschock können die ul beschädigentrasound Wandler. </li><li> Warten, bis die Temperatur 150 ° C erreicht bevor Messungen, da die Schallgeschwindigkeit temperaturabhängig ist. </li></ol></li><li> Abschluss der Montage der Vorrichtung. <ol><li> Platzieren Sie den Ofen Isolierung um den Batteriebehälter, wenn sie nicht bereits vorhanden ist. Den Deckel oben auf dem Batteriegefäß zusammen mit der negativen Stromkollektor und Thermoelemente. Achten Sie darauf, dass alle genau und wiederholbar positioniert; Wellenringe eignen sich gut für diese. </li><li> Stellen Sie alle elektrischen Verbindungen sowohl für Leistung und Signale, wie in Figur 2B gezeigt ure. Mit einem Ohmmeter überprüfen, dass keine unbeabsichtigten elektrischen Pfade vorhanden sind, das heißt, ob der elektrische Widerstand zwischen der negativen Stromkollektor und alle Signalleitungen mindestens 1 MOhm. </li></ol></li><li> Beginnen Sie die Messungen. <ol><li> Beginnen Sie die Protokollierung und Überwachung von Temperatur, Heizleistung, Batteriespannung und BatterieStrom. Anmerkung: Hier wurde eine Arbeitsstation mit benutzerdefinierte LabVIEW-Code verwendet werden, um alle Messwerte zu protokollieren, mit entsprechenden Zeitstempeln. </li><li> Passen Sie die Ultraschall-Geräteeinstellungen nach Bedarf. <ol><li> Achten Sie darauf, die Schallgeschwindigkeit festgelegt, mit der entsprechenden Temperatur, nach einem anerkannten Modell 19. Für ePbBi bei 150 ° C, wie nachstehend verwendet, die Geschwindigkeit auf 1760 m / sec. </li><li> Stellen Sie die Pulsfolgefrequenz, so dass Echo Tiefen eng beabstandet sind (in der Regel 0,25 mm). </li><li> Stellen Sie die Gatterzahl, so dass der starke Echo von der gegenüberliegenden Wand des Gefäßes in den letzten Toren erscheint; es bietet eine nützliche Plausibilitätsprüfung zur Fehlerbehebung Signalstärke Fragen. </li><li> Gebrauchsanleitung des Herstellers, setzen Sie das Gerät zur Hardware Auslösung. </li></ol></li><li> Begin Protokollierung und Überwachung Geschwindigkeit mit dem Ultraschallgerät durch die Einleitung Auslösung von der Arbeitsstation. Nehmen Sie vier Geschwindigkeitsprofile pro Sekunde für 30Minute </li></ol></li><li> Stellen Sie den Batteriestrom bis 5 A, warten Sie 5 Minuten für die Strömung zu stabilisieren, und nehmen Sie dann vier Geschwindigkeitsprofile pro Sekunde für 30 min. </li><li> Wiederholen Sie Schritt 3.5 für 10 A, 15 A, 20 A, 25 A und 30 A. Anmerkung: Viele andere Versuchspläne sind ebenfalls möglich, einschließlich Temperaturänderungen und glatte Stromänderungen. Eine Atmosphäre niedrig in Sauerstoff und Feuchtigkeit ermöglicht Experimente mit guter Signalqualität für Stunden oder mehr. </li><li> Nachdem die Versuche abgeschlossen sind, beenden Sie die Protokollierung von Daten und schalten Sie den Ofen. Trennen Sie elektrische Verbindungen und ziehen Sie den Ofendeckel. Entfernen des geschmolzenen Metalls aus dem Batteriebehälter, wobei die gleichen Verfahren für die sichere Übertragung, die verwendet wurden bei der Befüllung des Behälters. Bewahren Sie die geschmolzene ePbBi in einem hitzeverträglich Behälter. Fügen Sie Zusatz Argon auf dem Handschuhfach; sein Druck sinkt, wie die Atmosphäre kühlt. </li></ol>

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The authors have nothing to disclose.

Ultraschalltechniken können Geschwindigkeitsmessungen in Hunderten oder Tausenden von Orten in einem transparenten oder opaken Fluids, viele Male pro Sekunde zu erzeugen. In eine flüssige Metallelektrode angelegt wird, Ultraschalltechniken begegnet Anforderungen aufgrund hoher Temperatur, chemische Aktivität und elektrischen Leitfähigkeit. Die Methoden zur Überwindung dieser Herausforderungen und Durchflussmessung in flüssigen aktiven Metallelektroden wurden beschrieben. Zuerst wird ein Elektrodenmaterial unterlie...

Flüssigmetall-Batterien sind eine vielversprechende Technologie für die Bereitstellung von großen Energiespeicher am weltweiten Stromnetze 1. Diese Batterien bieten hohe Energiedichte, hohe Leistungsdichte, lange Lebensdauer und niedrige Kosten, wodurch sie ideal für netz Skala Energiespeicher 3. Einführung in Flüssigmetall-Batterien auf den Energienetz würde Spitzenausgleich zu ermöglichen, verbessern die Netzstabilität und ermöglichen viel mehr weit verbreitete Verwendung von intermittierenden erneuerbaren Quellen wie Sonne, Wind und Gezeitenkraft. Flüssigmetall-Batterien bestehen aus zwei flüssigen Metallelektroden durch einen geschmolzenen Salzelektrolyten getrennt sind, wie detaillierter in früheren Arbeiten 1 beschrieben. Obwohl viele verschiedene Kombinationen von Metallen und Elektrolyt kann in einer Arbeitsflüssigkeit, Metall Batterie führen, wobei die Prinzipien des Betriebs bleiben die gleichen. Die Metalle so gewählt sind, dass sie energetisch günstig für sie eine Legierung zu bilden; so Legierungs entlädt den Akku, und de-Legierungskosten es. Die salt Schicht wird so gewählt, dass es ermöglicht Metallionen zwischen den beiden Elektroden passieren, blockiert aber den Transport von neutralen Spezies, wodurch elektrochemische Steuerung der System Man erhält. Diese Arbeit wird Flüssigmetall-Batterie-Technologie von Quantifizierung und Steuerung von Massentransporteffekte voranzutreiben. Die hier beschriebenen Methoden sind für Flüssigmetall-Batterien durch Sadoway et al entwickelten elektrochemischen Methoden 1-4 sowie frühere Flüssigmetall-Batterie Arbeit am Argonne National Laboratory 5,6, und die Arbeit des breiteren elektro Gemeinschaft (Bard und Faulkner informiert. 7 bieten viele relevante Zeugnisse). Die hier beschriebenen Methoden auch nach vorheriger Fluiddynamik Studien bauen. Ultraschall-Geschwindigkeitsmessung entwickelt und zunächst in Wasser 8,9 verwendet und hat sich seitdem zu flüssigen Metallen wie Gallium 10,11, 12,13 Natrium, Quecksilber 14 aufgebracht worden ist, Blei-Wismut-15 Kupfer-Zinn-15 &lt;/ Sup&gt;, und Blei-Lithium-16, unter anderem. Eckert et al. Eine nützliche Überprüfung der Geschwindigkeitsmessung in flüssigen Metallen 17. Neuere Arbeiten mit Methoden ähnlich den hier beschriebenen 18 hat gezeigt, dass Batterieströme können Stofftransport in flüssiger Metallelektroden zu verbessern. Weil Massentransport in der positiven Elektrode ist der geschwindigkeitsbestimmende Schritt in Laden und Entladen von flüssigem Metall-Batterien, Misch ermöglicht somit schnellere Ladung und Entladung als es sonst möglich wäre. Außerdem Mischen verhindert lokale Inhomogenitäten in der Elektrode, die Feststoffe, die die Zykluslebensdauer einer Batterie zu begrenzen bilden können. In den laufenden Arbeiten wir weiterhin die Rolle der Flüssigkeitsstrom in der positiven Elektrode der Flüssigmetall-Batterie, die wegen der thermischen und elektromagnetischen Kräften entsteht studieren. Thermischen Gradienten fahren konvektive Strömung durch Auftrieb und Batterieströme treiben Fluss durch die Interaktion mit den Magnetfeldern von der Teig induzierty Ströme selbst. In Experimenten unter Verwendung der unten beschriebenen Verfahren, haben wir Strömungen mit Reynolds-Zahl 50 &lt;Re &lt;200, von der Elektrodentiefe und root-mean-square Geschwindigkeit berechnet beobachtet. Eine gründliche experimentelle Charakterisierung wird eingeleitet und die resultierende Datenmenge verwenden, um vorausschauende Akku-Modelle zu bauen. Der Schwerpunkt dieses Handschrift ist auf dem Versuchsaufbau und Verfahren erforderlich, um solche Daten zu erzeugen. Ultraschall-Geschwindigkeitsmessung liefert den Großteil der Messungen und Versuchsbedingungen sorgfältig, um Ultraschall in flüssigen Metalls erfolgreich nutzen gesteuert werden. Hohe Temperatur, chemische Aktivität, und die elektrische Leitfähigkeit sind alle sorgfältig verwaltet werden. Erstens, Flüssigmetall-Batterien unbedingt bei hoher Temperatur zu betreiben, weil beide Metalle und dem Salz, das trennt sie muss geschmolzen werden. Eine vielversprechende Wahl der Materialien, der Lithium als negative Elektrode verwendet, Blei-Antimon als positive Elektrode und einer eutektischen Mischung von Lithiumsalzen als Elektrolyt erfordert Temperaturen von etwa 550 ° C. Messen des Durchflusses einer opaken Flüssigkeit bei solch hohen Temperaturen ist ziemlich schwierig. Hochtemperatur-Ultraschallwandler, der die empfindlichen elektro-akustische Komponenten aus der Testflüssigkeit mit einem akustischen Wellenleiter zu trennen, wurde gezeigt, 15 und kommerzialisiert. Jedoch, weil die Wandler haben Einfügungsverlust in der Nähe von 40 dB, und wegen der Schwierigkeit der allgemeinen arbeitet bei solchen Temperaturen ein Surrogatsystem wurde für anfängliche Untersuchungen ausgewählt worden: ein flüssiges Metall Batterie kann auch unter Verwendung von Natrium als die negative Elektrode hergestellt werden eutektischen 44% Blei 56% Bismut (nachfolgend ePbBi) als positive Elektrode, und eine dreifache eutektische Mischung aus Natriumsalze (10% Natriumiodid, 38% Natriumhydroxid, 52% Natriumamid) als Elektrolyt. Eine solche Batterie ist vollkommen geschmolzenen über 127 ° C, so dass es viel zugänglicher Laborstudie. Da sie aus drei Flüssigkristall zusammenSchichten, die durch Dichte getrennt sind, ist es Gegenstand der gleichen physikalischen andere Flüssigmetall-Batterien. Und es ist mit leicht verfügbaren Ultraschallwandler, die bis 230 ° C ausgelegt sind kompatibel, beinhalten keine Wellenleiterverluste und kosten viel weniger als Hochtemperatur-Wandler. Diese Versuche finden typischerweise bei 150 ° C. Bei dieser Temperatur hat ePbBi Viskosität ν = 2,79 x 10 -7 m 2 / s, Temperaturleitfähigkeit κ = 6,15 x 10 -6 m 2 / sec, und magnetische Diffusivität η = 0,8591 m 2 / sec, so daß seine Prandtl-Zahl ist Pr = ν / κ = 4,53 x 10 -2 und ihre magnetischen Prandtl-Zahl ist Pm = ν / η = 3,24 x 10 -7. Obwohl dieser Niedertemperatur-Flüssigmetall-Batteriechemie macht Fluss Studien viel einfacher, als sie es in Batterien heißer zu sein, müssen Temperatur dennoch sorgfältig verwaltet werden. Als empfindliche elektro-akustischen Geräten, sind Ultraschallwandler susceptible durch thermischen Schock beschädigt und muß daher allmählich erhitzt werden. Hochwertige Ultraschall-Messungen erfordern auch eine sorgfältige Temperaturregelung. Ultraschall-Geschwindigkeitsmessung funktioniert wie Sonar, wie in Abbildung 1 gezeigt: der Wandler einen Piepton (hier ist die Frequenz 8 MHz), dann wartet auf Echos. Durch Messen der Flugzeit des Echos kann die Entfernung zu dem Echo Körpers berechnet werden, und durch Messen der Dopplerverschiebung der Echo kann eine Komponente der Körpergeschwindigkeit berechnet werden. In Wasser muß Tracerpartikel zugesetzt werden, um Echos zu erzeugen, aber keine Tracer-Partikel in flüssigen Metallen erforderlich, ein Umstand, der nicht im Detail verstanden wird, aber sie wird typischerweise auf das Vorhandensein von kleinen Metalloxidteilchen zurückzuführen. Jede Messung ist ein Mittelwert über alle Tracer-Partikel in einer Abfragevolumen; In dieser Arbeit ist der Mindestdurchmesser 2 mm, in einem Abstand von 30 mm von der Sonde. Obwohl Oxidation kann schließlich begrenzen die Dauer der Experimente, mit thnachfolgend beschriebenen Verfahren e haben wir Messungen kontinuierlich solange 8 Stunden vorgenommen. Berechnung entweder Abstand oder Geschwindigkeit erfordert die Kenntnis der Schallgeschwindigkeit in der Testflüssigkeit und dass Geschwindigkeit variiert mit der Temperatur. Die hier beschriebene Arbeit konzentriert sich auf die Strömung in dem ePbBi negativen Elektrode, wo die Schallgeschwindigkeit ist 1766 m / sec bei 150 ° C, 1.765 m / s bei 160 ° C und 1.767 m / sec bei 140 ° C 19. So unzureichenden Temperaturregelung würde systematische Fehler in den Ultraschallmessungen einzuführen. Eine Vorrichtung wurde konstruiert, um die Schallgeschwindigkeit in ePbBi messen, der Suche nach Werten entsprachen denen veröffentlichte, vom Nuclear Energy Agency 19 akzeptiert (siehe unten). Da schließlich die thermische Konvektion ist ein wesentlicher Faktor der Strömung im flüssigen Metall-Batterien, sowohl die Durchschnittstemperatur und die Temperaturdifferenz zwischen dem oberen und unteren Rand des ePbBi Elektrode unmittelbar auf Beobachtungen. Für gleichbleibende Ergebnisse, präzise WärmeKontrolle ist unerlässlich. Dementsprechend wird die Temperatur kontinuierlich mit mindestens drei K-Typ-Thermoelementen gemessen, die Anmeldung ihre Messungen elektronisch mit einem Computer-basierten Erfassungsgerät und einem speziell geschriebenen LabView-Programm. Das Programm steuert auch die Stromversorgung, Batteriestrom liefert, über einen USB-Anschluss; meldet die Batterie Strom und Spannung; und sendet Triggerimpulse an das Ultraschallinstrument, so daß seine Daten können mit den anderen Messungen synchronisiert werden. Ein Systemdiagramm in Abbildung 2 dargestellt. Die Wärme wird durch einen speziell angefertigten Ofen, der zwei 500-W industrielle Heizelemente angetrieben von einem Relais, das durch einen Proportional-Integral-Differential schaltet enthält (PID) (auch in Figur 2 gezeigt) vorgesehen, Controller. Die Grundplatte, die Batteriezellen unterstützt wird aus massivem Aluminium; weil seine Wärmeleitfähigkeit ist um eine Größenordnung höher als die Wärmeleitfähigkeit des rostfreien StAal Batteriezellengefäß und der es 19 enthält ePbBi, ist die Temperatur der Ofenboden etwa gleichmäßig. Außerdem verdoppelt sich die Aluminiumbasis als Weg für den elektrischen Ströme, die durch die Elektrode. Seine elektrische Leitfähigkeit ist auch eine Größenordnung höher als die von rostfreiem Stahl oder ePbBi, so dass die Spannung der Ofenboden ist auch annähernd gleichmäßig. Isolations Beine trennen die Basis von der Tisch unten und verhindert Verbrennungen und Shorts. Die Seiten des Batteriegefäßes mit Silica Keramikisolierung, geschnitten, um den Behälter dicht zu passen, sondern lassen Raum für den Zugriff auf Ultraschall-Anschluss der Zelle isoliert. Schließlich isoliert eine Polytetrafluorethylen (PTFE) Deckel der Zelle von oben und hält den negativen Stromkollektor und Thermoelemente vorhanden. Obwohl im Handel erhältlichen Kochplatten können die für diese Experimente erforderlichen Temperaturen zu erreichen, unsere maßgeschneiderten Ofen hält die Temperatur mit einer Größenordnung geringer Variation, einnd erlaubt uns auch, Wärmeleistung direkt zu messen. Zusätzlich zu Herausforderungen Temperatur verbunden sind, gibt es Herausforderungen mit chemischen Aktivität. Bei 150 ° C, ist ein ePbBi positive Elektrode mit vielen gängigen Materialien chemisch kompatibel. Eine Natrium negative Elektrode jedoch korrodiert viele Materialien, oxidiert leicht und reagiert heftig mit Feuchtigkeit. Eine negative Lithiumelektrode ist auch aggressive, insbesondere weil Lithium basierende Flüssigmetall-Batterien typischerweise bei viel höheren Temperaturen. Obwohl diese Hochtemperatursysteme sind außerhalb des Umfangs dieser Arbeit viele der gleichen Maßnahmen zur Steuerung von chemischen Aktivität als bei jenen Systemen verwendet. Alle hier beschriebenen Experimente finden in einer mit Argon gefüllten Handschuhfach, die nur Spuren von Sauerstoff oder Feuchtigkeit. Der Batteriebehälter ist aus Legierung 304 rostfreiem Stahl, die minimal noch mit Lithium bei 550 ° C zersetzt werden. Die Thermoelemente und negativen StromSammler sind ebenfalls aus rostfreiem Stahl. Die Behältergeometrie so gewählt, daß Schiffe, die elektrochemische Prüfung von Flüssigmetall-Batterien übereinstimmt, um so nah wie möglich zu modellieren die Systeme, die kommerzialisiert werden. Das Gefäß, in Figur 2 dargestellt, ist zylindrisch mit einem 88,9 mm Innendurchmesser und einem 67 mm Tiefe. Alle Gefäßwände sind 6,4 mm dick. Der Behälter unterscheidet sich von denen früherer Versuche verwendet jedoch, daß es einen Ultraschall-Port hat. Der Port führt durch die Seitenwand entlang einer horizontalen Durchmesser des Zylinders, und das Zentrum der Öffnung beträgt 6,6 mm über dem Behälterboden. Der Hafen ist mit 8 mm Durchmesser, um ein 8 mm-Ultraschallwandler aufzunehmen und eine Dichtung um den Wandler mit einem Gesenk. In diesen Experimenten ist die flüssige Metallelektrode gerade tief genug, um den Ultraschallwandler, in der Regel 13 mm abzudecken. Um starke Ultraschallsignale zu erreichen, gute akustische Übertragung erfordert einezwischen dem Ultraschallwandler und den Fluid es Sonden (ePbBi). Maximale akustische Leistung übertragen wird, wenn die akustische Impedanz des Wandlermaterials und der Testflüssigkeit identisch sind; wenn die Impedanzen abweichen, Signale zu leiden. Anordnen eines Ultraschallwandlers in direktem Kontakt mit sauberen ePbBi (wie durch den oben beschriebenen Port ermöglicht) bietet ausreichend Signal oft stundenlang zu einem Zeitpunkt. Metalloxide haben jedoch sehr unterschiedliche Impedanz und können auch mit Netz stören, indem die Oberflächenspannung. Wenn die ePbBi wesentlich oxidiert wird, Ultraschallsignale verschlechtern und bald verschwinden. Auch hier ist eine inerte Atmosphäre erforderlich. Wenn Spurenmengen von Sauerstoff führen einige Oxidations dennoch wird die Oberfläche des Metalloxids vor dem Übertragen ePbBi in das Batteriegefäß abgeschöpft. Schließlich werden diese Experimente stellen Herausforderungen wegen der Anwesenheit von elektrischen Strömen. Obwohl die Ströme sind unsere zentralen wissenschaftlichen und technologischen interest, sie sind groß genug (30 A), Schaden zu verursachen, wenn sie falsch geleitet. Nicht geerdete Thermoelemente sorgen dafür, dass schädliche elektrische Ströme nicht durch das Datenerfassungsgerät oder den Computer übergeben, die es unterstützt, weil nicht geerdete Thermoelemente keine interne elektrische Verbindung von der Schutzhülle zu beiden Signaldraht haben. Ebenso ist es wichtig, nicht geerdeten Ultraschallwandler (Signalverarbeitungs SA, TR0805LTH) verwenden, um Streustrom an der Beschädigung der wertvollen Ultraschallgerät (Signalverarbeitungs SA, DOP 3010) zu verhindern. Wie zuvor erwähnt, ist der Boden des Ofens dient dazu, elektrischen Strom zu leiten, und ist auch von seiner Umgebung elektrisch isoliert sein. Im ePbBi Elektrode, Strom bewirkt ohmsche Heizung, die Temperatur möglicherweise stören. Somit muß die automatisierte Wärmesteuersystem in der Lage, auf Änderungen in der Wärmeeingang einzustellen. 3 zeigt, wie die Temperatur des ePbBi Elektrode variiert curMiete durchströmt, und wie der PID-Regler stellt kompensieren. Die Aufrechterhaltung konstanten Temperatur mit großer Ströme (50 A = 800 mA / cm) würden zusätzliche Kühlung erfordern, aber bei niedrigeren Strömen realistischer für Flüssigmetall-Batterien für industrielle Anwendungen (typischerweise 17 A = 275 mA / cm 1) ist der Regler in der Lage für ohmsche Erwärmung zu kompensieren und halten Temperaturänderung um 2 ° C.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0">
	<tbody>
		<tr>
			<td>K Type Thermocouple Probe</td>
			<td>McMaster-Carr</td>
			<td>3856K83</td>
			<td><a href="http://www.mcmaster.com/">http://www.mcmaster.com/</a></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Red Lion PID Controller</td>
			<td>Red Lion</td>
			<td>P1610000</td>
			<td>http://store.redlion.net/store/p16.html</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Measurement Computing Data Acquisition Device</td>
			<td>Measurement Computing Corporation</td>
			<td>USB-2408</td>
			<td>http://www.mccdaq.com/index.aspx</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Power Supply</td>
			<td>TDK-Lambda</td>
			<td>GEN 8-90-USB-U</td>
			<td>http://us.tdk-lambda.com/hp/</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ultrasound Instrument</td>
			<td>Signal Processing SA</td>
			<td>DOP3010</td>
			<td>http://www.signal-processing.com/index.html</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ultrasound Transducer</td>
			<td>Signal Processing SA</td>
			<td>TR0805LTH</td>
			<td>http://www.signal-processing.com/index.html</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bismuth-Lead Eutectic</td>
			<td>VWR</td>
			<td>AA40949-P2</td>
			<td>https://us.vwr.com/</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

ultrasound velocity measurement in a liquid metal electrode

Eine zunehmende Anzahl von elektrochemischen Techniken hängen von Fluidströmung, und oft, daß das Fluid undurchlässig ist. Messen des Durchflusses einer opaken Flüssigkeit ist inhärent schwieriger als Messen der Strömung einer transparenten Flüssigkeit, da optische Verfahren nicht anwendbar. Ultraschall kann verwendet werden, um die Geschwindigkeit einer opaken Flüssigkeit nicht nur an einzelnen Punkten zu messen, sondern in Hunderten oder Tausenden von Punkten entlang der Linien angeordnet sind, mit einer guten Zeitauflösung. Wenn sie auf eine Flüssigmetall-Elektrode angelegt wird, umfaßt Ultraschall-Geschwindigkeitsmessung zusätzliche Herausforderungen: hohe Temperatur, chemische Aktivität und elektrischen Leitfähigkeit. Hier beschreiben wir die experimentelle Vorrichtung und Verfahren, die diese Herausforderungen zu bewältigen und ermöglichen die Messung der Strömung in einem flüssigen Metallelektrode, da es Strom leitet, bei Betriebstemperatur. Die Temperatur wird innerhalb von ± 2 ° C unter Verwendung einer Proportional-Integral-Differential (PID) Steuerung, die Befugnisse einer speziell angefertigten Ofen geregelt. Chemische Aktivität ist der Menschindem Sie Schiff Materialien sorgfältig und umschließt den Versuchsaufbau in einem mit Argon gefüllten Handschuhfach im Alter. Schließlich werden unbeabsichtigte elektrische Pfade sorgfältig vermieden. Ein automatisiertes System protokolliert Steuerungseinstellungen und experimentellen Messungen, mit Hardware-Trigger-Signale von Geräten zu synchronisieren. Diese Vorrichtung und diese Verfahren können die Messungen, die mit anderen Techniken unmöglich herzustellen, und erlauben die Optimierung und Steuerung des elektrochemischen Technologien wie Flüssigmetall-Batterien.

Das Verfahren zur Messung der Schallgeschwindigkeit (oben im Detail beschrieben) wurde von von Signalverarbeitungs SA Methoden angepasst. Im Prinzip kann die Schallgeschwindigkeit leicht durch Messen der Flugzeit eines Echos von einer Wand an bekannten Bereich erhalten werden. Aber gerade die Messung der effektiven Position des Wandlerfläche ist schwierig, so kann man anstelle der Flugzeit zweimal zu messen, mit einem Mikrometer, um die Wand durch einen bekannten Abstand zwischen den Messungen zu verdrängen. Dass Vers...

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Ultrasound Velocity Measurement in a Liquid Metal Electrode

Ultrasound velocimetry is used to study mixing by fluid flow in liquid metal electrodes. The focus of this manuscript is to illustrate the methods used for making precise, spatially-resolved ultrasound measurements while limiting oxidation and controlling and monitoring temperature, applied current, and the heater power being supplied.

Ultraschall-Geschwindigkeitsmessung in einem Liquid Metal Electrode

A growing number of electrochemical technologies depend on fluid flow, and often that fluid is opaque. Measuring the flow of an opaque fluid is inherently ...

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11.6K Aufrufe.  University of Rochester. Ultrasound velocimetry is used to study mixing by fluid flow in liquid metal electrodes. The focus of this manuscript is to illustrate the methods used for making precise, spatially-resolved ultrasound measurements while limiting oxidation and controlling and monitoring temperature, applied current, and the heater power being supplied.

Serie: Ultrasound Velocity Measurement in a Liquid Metal Electrode

Probing and Mapping Electrode Surfaces in Solid Oxide Fuel Cells

Solid oxide fuel cells (SOFCs) are potentially the most efficient and cost-effective solution to utilization of a wide variety of fuels beyond hydrogen 1-7. The performance of SOFCs and the rates of many chemical and energy transformation processes in energy storage and conversion devices in general are limited primarily by charge and mass transfer along electrode surfaces and across interfaces. Unfortunately, the mechanistic understanding of these processes is still lacking, due largely to the difficulty of characterizing these processes under in situ conditions. This knowledge gap is a chief obstacle to SOFC commercialization. The development of tools for probing and mapping surface chemistries relevant to electrode reactions is vital to unraveling the mechanisms of surface processes and to achieving rational design of new electrode materials for more efficient energy storage and conversion2. Among the relatively few in situ surface analysis methods, Raman spectroscopy can be performed even with high temperatures and harsh atmospheres, making it ideal for characterizing chemical processes relevant to SOFC anode performance and degradation8-12. It can also be used alongside electrochemical measurements, potentially allowing direct correlation of electrochemistry to surface chemistry in an operating cell. Proper in situ Raman mapping measurements would be useful for pin-pointing important anode reaction mechanisms because of its sensitivity to the relevant species, including anode performance degradation through carbon deposition8, 10, 13, 14 ("coking") and sulfur poisoning11, 15 and the manner in which surface modifications stave off this degradation16. The current work demonstrates significant progress towards this capability. In addition, the family of scanning probe microscopy (SPM) techniques provides a special approach to interrogate the electrode surface with nanoscale resolution. Besides the surface topography that is routinely collected by AFM and STM, other properties such as local electronic states, ion diffusion coefficient and surface potential can also be investigated17-22. In this work, electrochemical measurements, Raman spectroscopy, and SPM were used in conjunction with a novel test electrode platform that consists of a Ni mesh electrode embedded in an yttria-stabilized zirconia (YSZ) electrolyte. Cell performance testing and impedance spectroscopy under fuel containing H2S was characterized, and Raman mapping was used to further elucidate the nature of sulfur poisoning. In situ Raman monitoring was used to investigate coking behavior. Finally, atomic force microscopy (AFM) and electrostatic force microscopy (EFM) were used to further visualize carbon deposition on the nanoscale. From this research, we desire to produce a more complete picture of the SOFC anode.

We present a unique platform for characterizing electrode surfaces in solid oxide fuel cells (SOFCs) that allows simultaneous performance of multiple characterization techniques (e.g. in situ Raman spectroscopy and scanning probe microscopy alongside electrochemical measurements). Complementary information from these analyses may help to advance toward a more profound understanding of electrode reaction and degradation mechanisms, providing insights into rational design of better materials for SOFCs.

Sondieren und Mapping-Elektrode Oberflächen in Solid Oxide Fuel Cells

Solid oxide fuel cells (SOFCs) are potentially the most efficient and cost-effective solution to utilization of a wide variety of fuels beyond hydrogen ...

Forschung

Ingenieurwesen

Experimental Measurement of Settling Velocity of Spherical Particles in Unconfined and Confined Surfactant-based Shear Thinning Viscoelastic Fluids

An experimental study is performed to measure the terminal settling velocities of spherical particles in surfactant based shear thinning viscoelastic (VES) fluids. The measurements are made for particles settling in unbounded fluids&#160;and fluids between parallel walls. VES fluids over a wide range of rheological properties are prepared and rheologically characterized. The rheological characterization involves steady shear-viscosity and dynamic oscillatory-shear measurements to quantify the viscous and elastic properties respectively. The settling velocities under unbounded conditions are measured in beakers having diameters at least 25x the diameter of particles. For measuring settling velocities between parallel walls, two experimental cells with different wall spacing are constructed. Spherical particles of varying sizes are gently dropped in the fluids and allowed to settle. The process is recorded with a high resolution video camera and the trajectory of the particle is recorded using image analysis software. Terminal settling velocities are calculated from the data.
The impact of elasticity on settling velocity in unbounded fluids is quantified by comparing the experimental settling velocity to the settling velocity calculated by the inelastic drag predictions of Renaud et al.1&#160;Results show that elasticity of fluids can increase or decrease the settling velocity. The magnitude of reduction/increase is a function of the rheological properties of the fluids and properties of particles. Confining walls are observed to cause a retardation effect on settling and the retardation is measured in terms of wall factors.

This paper demonstrates the experimental procedure to measure terminal settling velocities of spherical particles in surfactant-based shear thinning viscoelastic fluids. Fluids over a wide range of rheological properties are prepared and settling velocities are measured for a range of particle sizes in unbounded fluids and fluids between parallel walls.

Experimentelle Messung der Settling Velocity von sphärischen Partikeln in unbeschränkten und geschlossenen Tensid-basierten Scherdünnungsviskoelastischen Flüssigkeiten

An experimental study is performed to measure the terminal settling velocities of spherical particles in surfactant based shear thinning viscoelastic ...

Development of a 3D Graphene Electrode Dielectrophoretic Device

The design and fabrication of a novel 3D electrode microdevice using 50 &#181;m thick graphene paper and 100 &#181;m double sided tape is described. The protocol details the procedures to construct a versatile, reusable, multiple layer, laminated dielectrophoresis chamber. Specifically, six layers of 50 &#181;m x&#160;0.7 cm x&#160;2 cm graphene paper and five layers of double sided tape were alternately stacked together, then clamped to a glass slide. Then a 700 &#956;m diameter micro-well was drilled through the laminated structure using a computer-controlled micro drilling machine. Insulating properties of the tape layer between adjacent graphene layers were assured by resistance tests. Silver conductive epoxy connected alternate layers of graphene paper and formed stable connections between the graphene paper and external copper wire electrodes. The finished device was then clamped and sealed to a glass slide. The electric field gradient was modeled within the multi-layer device. Dielectrophoretic behaviors of 6 &#956;m polystyrene beads were demonstrated in the 1 mm deep micro-well, with medium conductivities ranging from 0.0001 S/m to 1.3 S/m, and applied signal frequencies from 100 Hz to 10 MHz. Negative dielectrophoretic responses were observed in three dimensions over most of the conductivity-frequency space and cross-over frequency values are consistent with previously reported literature values. The device did not prevent AC electroosmosis and electrothermal flows, which occurred in the low and high frequency regions, respectively. The graphene paper utilized in this device is versatile and could subsequently function as a biosensor after dielectrophoretic characterizations are complete.

A microdevice with high throughput potential is used to demonstrate three-dimensional (3D) dielectrophoresis (DEP) with novel materials. Graphene nanoplatelet paper and double sided tape were alternately stacked; a 700 &#956;m micro-well was drilled transverse to the layers. DEP behavior of polystyrene beads was demonstrated in the micro-well.

Entwicklung eines 3D-Graphen-Elektroden-Dielektrophoretische Geräte

The design and fabrication of a novel 3D electrode microdevice using 50 &#181;m thick graphene paper and 100 &#181;m double sided tape is described. The ...

Non-aqueous Electrode Processing and Construction of Lithium-ion Coin Cells

Research into new and improved materials to be utilized in lithium-ion batteries (LIB) necessitates an experimental counterpart to any computational analysis. Testing of lithium-ion batteries in an academic setting has taken on several forms, but at the most basic level lies the coin cell construction. In traditional LIB electrode preparation, a multi-phase slurry composed of active material, binder, and conductive additive is cast out onto a substrate. An electrode disc can then be punched from the dried sheet and used in the construction of a coin cell for electrochemical evaluation. Utilization of the potential of the active material in a battery is critically dependent on the microstructure of the electrode, as an appropriate distribution of the primary components are crucial to ensuring optimal electrical conductivity, porosity, and tortuosity, such that electrochemical and transport interaction is optimized. Processing steps ranging from the combination of dry powder, wet mixing, and drying can all critically affect multi-phase interactions that influence the microstructure formation. Electrochemical probing necessitates the construction of electrodes and coin cells with the utmost care and precision. This paper aims at providing a step-by-step guide of non-aqueous electrode processing and coin cell construction for lithium-ion batteries within an academic setting and with emphasis on deciphering the influence of drying and calendaring.

Non-aqueous electrode processing is central to the construction of coin cells and the evaluation of new electrode chemistries for lithium-ion batteries. A step-by-step guide to the basic practices needed as an electrochemical engineer working with batteries in an academic experimental setting is furnished.

Nicht-wässrige Elektroden-Verarbeitung und Bau von Lithium-Ionen-Knopfzellen

Research into new and improved materials to be utilized in lithium-ion batteries (LIB) necessitates an experimental counterpart to any computational ...

Preparation of Liquid-exfoliated Transition Metal Dichalcogenide Nanosheets with Controlled Size and Thickness: A State of the Art Protocol

We summarize recent advances in the production of liquid-exfoliated transition metal dichalcogenide (TMD) nanosheets with controlled size and thickness. Layered crystals of molybdenum disulphide (MoS2) and tungsten disulphide (WS2) are exfoliated in aqueous surfactant solution by sonication. This yields highly polydisperse mixtures containing nanosheets with broad size and thickness distributions. However, for most purposes, specific sizes (in terms of both lateral dimension and thickness) are required. For example, large and thin nanosheets are desired for (opto) electronic applications, while laterally small nanosheets are interesting for catalytic applications. Therefore, post-exfoliation size selection is an important step that we address here. We provide a detailed protocol on the efficient size selection in large quantities by liquid cascade centrifugation and the size and thickness quantification by statistical microscopic analysis (atomic force microscopy and transmission electron microscopy). The comparison of MoS2 and WS2 shows that both materials are size-selected in a similar way by the same procedure. Importantly, the dispersions of size-selected nanosheets show systematic changes in their optical extinction spectra with size due to edge and confinement effects. We show how these optical changes are related quantitatively to the nanosheets dimensions and describe how mean nanosheets length and layer number can be extracted reliably from the extinction spectra. The exfoliation and size selection protocol can be applied to a broad range of layered crystals as we have previously demonstrated for graphene, gallium sulphide (GaS) and black phosphorus.

A protocol for the liquid exfoliation of layered materials to nanosheets, their size selection and size measurement by microscopic and spectroscopic techniques is presented.

Herstellung von Flüssig-abgeblättert Transition Metalldichalkogenid -Nanoschichten mit kontrollierter Größe und Stärke: A State of the Art-Protokoll

We summarize recent advances in the production of liquid-exfoliated transition metal dichalcogenide (TMD) nanosheets with controlled size and thickness. ...

Optical Trap Loading of Dielectric Microparticles In Air

We demonstrate a method to trap a selected dielectric microparticle in air using radiation pressure from a single-beam gradient optical trap. Randomly scattered dielectric microparticles adhered to a glass substrate are momentarily detached using ultrasonic vibrations generated by a piezoelectric transducer (PZT). Then, the optical beam focused on a selected particle lifts it up to the optical trap while the vibrationally excited microparticles fall back to the substrate. A particle may be trapped at the nominal focus of the trapping beam or at a position above the focus (referred to here as the levitation position) where gravity provides the restoring force. After the measurement, the trapped particle can be placed at a desired position on the substrate in a controlled manner. 
In this protocol, an experimental procedure for selective optical trap loading in air is outlined. First, the experimental setup is briefly introduced. Second, the design and fabrication of a PZT holder and a sample enclosure are illustrated in detail. The optical trap loading of a selected microparticle is then demonstrated with step-by-step instructions including sample preparation, launching into the trap, and use of electrostatic force to excite particle motion in the trap and measure charge. Finally, we present recorded particle trajectories of Brownian and ballistic motions of a trapped microparticle in air. These trajectories can be used to measure stiffness or to verify optical alignment through time domain and frequency domain analysis. Selective trap loading enables optical tweezers to track a particle and its changes over repeated trap loadings in a reversible manner, thereby enabling studies of particle-surface interaction.

A protocol for launching and stably trapping selected dielectric microparticles in air is presented.

Optische Trap-Laden von Dielectric Mikroteilchen in der Luft

We demonstrate a method to trap a selected dielectric microparticle in air using radiation pressure from a single-beam gradient optical trap. Randomly ...

Measurement of Quantum Interference in a Silicon Ring Resonator Photon Source

Silicon photonic chips have the potential to realize complex integrated quantum information processing circuits, including photon sources, qubit manipulation, and integrated single-photon detectors. Here, we present the key aspects of preparing and testing a silicon photonic quantum chip with an integrated photon source and two-photon interferometer. The most important aspect of an integrated quantum circuit is minimizing loss so that all of the generated photons are detected with the highest possible fidelity. Here, we describe how to perform low-loss edge coupling by using an ultra-high numerical aperture fiber to closely match the mode of the silicon waveguides. By using an optimized fusion splicing recipe, the UHNA fiber is seamlessly interfaced with a standard single-mode fiber. This low-loss coupling allows the measurement of high-fidelity photon production in an integrated silicon ring resonator and the subsequent two-photon interference of the produced photons in a closely integrated Mach-Zehnder interferometer. This paper describes the essential procedures for the preparation and characterization of high-performance and scalable silicon quantum photonic circuits.

Silicon photonic chips have the potential to realize complex integrated quantum systems. Presented here is a method for preparing and testing a silicon photonic chip for quantum measurements.

Die Messung der Quantum Interference in einem Silizium-Ring-Resonator Photon Source

Silicon photonic chips have the potential to realize complex integrated quantum information processing circuits, including photon sources, qubit ...

Standardized Method for Measuring Collection Efficiency from Wipe-sampling of Trace Explosives

One of the limiting steps to detecting traces of explosives at screening venues is effective collection of the sample. Wipe-sampling is the most common procedure for collecting traces of explosives, and standardized measurements of collection efficiency are needed to evaluate and optimize sampling protocols. The approach described here is designed to provide this measurement infrastructure, and controls most of the factors known to be relevant to wipe-sampling. Three critical factors (the applied force, travel distance, and travel speed) are controlled using an automated device. Test surfaces are chosen based on similarity to the screening environment, and the wipes can be made from any material considered for use in wipe-sampling. Particle samples of the explosive 1,3,5-trinitroperhydro-1,3,5-triazine (RDX) are applied in a fixed location on the surface using a dry-transfer technique. The particle samples, recently developed to simulate residues made after handling explosives, are produced by inkjet printing of RDX solutions onto polytetrafluoroethylene (PTFE) substrates. Collection efficiency is measured by extracting collected explosive from the wipe, and then related to critical sampling factors and the selection of wipe material and test surface. These measurements are meant to guide the development of sampling protocols at screening venues, where speed and throughput are primary considerations.

Optimized sampling protocols and the development of new wipe materials can be facilitated by standardized measurements of collection efficiency from wipe-sampling. Our approach for sampling trace explosives uses an automated device to control speed, force, and distance during wipe-sampling followed by extraction of collected explosives.

Standardisierte Methode für Collection Efficiency Messung von Wipe-sampling of Trace Explosiven

One of the limiting steps to detecting traces of explosives at screening venues is effective collection of the sample. Wipe-sampling is the most common ...

Generation of Size-controlled Poly (ethylene Glycol) Diacrylate Droplets via Semi-3-Dimensional Flow Focusing Microfluidic Devices

Uniform and size-controllable poly (ethylene glycol) diacrylate (PEGDA) droplets could be produced via the flow focusing process in a microfluidic device. This paper proposes a semi-three-dimensional (semi-3D) flow-focusing microfluidic chip for droplet formation. The polydimethylsiloxane (PDMS) chip was fabricated using the multi-layer soft lithography method. Hexadecane containing surfactant was used as the continuous phase, and PEGDA with the ultraviolet (UV) photo-initiator was the dispersed phase. Surfactants allowed the local surface tension to drop and formed a more cusped tip which promoted breaking into tiny micro-droplets. As the pressure of dispersed phase was constant, the size of droplets became smaller with increasing continuous phase pressure before dispersed phase flow was broken off. As a result, droplets with size variation from 1 &#181;m to 80 &#181;m in diameter could be selectively achieved by changing the pressure ratio in two inlet channels, and the average coefficient of variation was estimated to be below 7%. Furthermore, droplets could turn into micro-beads by UV exposure for photo-polymerization. Conjugating biomolecules on such micro-beads surface have many potential applications in the fields of biology and chemistry.

Generation of Size-controlled Poly ethylene Glycol Diacrylate Droplets via Semi-3-Dimensional Flow Focusing Microfluidic Devices

Here, we present a protocol to illustrate the fabrication processes and verifying experiments of a semi-three-dimensional (semi-3D) flow-focusing microfluidic chip for droplet formation.

Größe-gesteuerte Poly (Ethylenglycol) Diacrylate Tröpfchen über Semi-3-dimensionale fließen mit Schwerpunkt mikrofluidischen Geräte-Generation

Uniform and size-controllable poly (ethylene glycol) diacrylate (PEGDA) droplets could be produced via the flow focusing process in a microfluidic device. ...

Three-electrode Coin Cell Preparation and Electrodeposition Analytics for Lithium-ion Batteries

As lithium-ion batteries find use in high energy and power applications, such as in electric and hybrid-electric vehicles, monitoring the degradation and subsequent safety issues becomes increasingly important. In a Li-ion cell setup, the voltage measurement across the positive and negative terminals inherently includes the effect of the cathode and anode which are coupled and sum to the total cell performance. Accordingly, the ability to monitor the degradation aspects associated with a specific electrode is extremely difficult because the electrodes are fundamentally coupled. A three-electrode setup can overcome this problem. By introducing a third (reference) electrode, the influence of each electrode can be decoupled, and the electrochemical properties can be measured independently. The reference electrode (RE) must have a stable potential that can then be calibrated against a known reference, for example, lithium metal. The three-electrode cell can be used to run electrochemical tests such as cycling, cyclic voltammetry, and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). Three-electrode cell EIS measurements can elucidate the contribution of individual electrode impedance to the full cell. In addition, monitoring the anode potential allows the detection of electrodeposition due to lithium plating, which can cause safety concerns. This is especially important for the fast charging of Li-ion batteries in electric vehicles. In order to monitor and characterize the safety and degradation aspects of an electrochemical cell, a three-electrode setup can prove invaluable. This paper aims to provide a guide to constructing a three-electrode coin cell setup using the 2032-coin cell architecture, which is easy to produce, reliable, and cost-effective.

Three-electrode cells are useful in studying the electrochemistry of lithium-ion batteries. Such an electrochemical setup allows the phenomena associated with the cathode and anode to be decoupled and examined independently. Here, we present a guide for construction and use of a three-electrode coin cell with emphasis on lithium plating analytics.

Drei-Elektroden-Münze Zelle Vorbereitung und Galvanisierung Analytics für Lithium-Ionen-Batterien

As lithium-ion batteries find use in high energy and power applications, such as in electric and hybrid-electric vehicles, monitoring the degradation and ...