Este método amplía la vida útil del ciclo de las baterías de flujo de plomo solubles mediante el empleo de acetato de sodio como aditivo de electrolitos, que es un enfoque económico y eficaz. Además, el diseño de la célula vaso utilizada en este método es conveniente para estudiar los efectos del aditivo de electrolito en baterías de flujo redox de flujo único. Demostrando el procedimiento serán Yong-Hong Lai, Ho-Wei Chan y Kai-Rui Pan, dos estudiantes de posgrado y un estudiante de pregrado de mi laboratorio.
Para empezar, en una campana de humo, vierta 274,6 gramos de 70%ácido metanesulfónico en un vaso de precipitados, y comience a revolviéndolo con una barra de agitación. Añadir 300 mililitros de agua desionizada, y continuar revolviendo durante uno a dos minutos para mezclar a fondo la solución. A continuación, añadir 223,2 gramos de óxido de 98% de plomo II a la solución de agitación en incrementos del tamaño de la punta de la espátula.
Espere a que cada porción se disuelva por completo antes de agregar la siguiente. Filtrar la solución de metanesulfonato de plomo resultante tres veces. Diluir a un litro con agua desionizada, y revuelva durante dos a tres horas para obtener una solución de un molar.
A continuación, combinar en un vaso de precipitados 20.595 gramos de 70%MSA, 150 mililitros de metanoesulfonato de plomo de un molar, y 1.23 gramos de acetato de sodio. Diluir la mezcla a 300 mililitros con agua desionizada, y revuelva durante uno o dos minutos para hacer una solución de electrolito con acetato de sodio como aditivo. A continuación, pulir un electrodo de grafito desnudo con papel de lija aluminoso de grano P100 hasta que no se visiblen impurezas.
Enjuague el electrodo pulido con agua desionizada. A continuación, añadir 20,83 gramos de 35% ácido clorhídrico a 200 mililitros de agua desionizada, y agitar bien para obtener una solución de un molar de ácido clorhídrico. Sumerja el electrodo de grafito en la solución durante al menos ocho horas.
Enjuague bien el electrodo de grafito con agua desionizada y séquelo con una toallita de laboratorio de baja pelusa. Pulir un electrodo de níquel con papel de lija aluminoso P100-grit, enjuáguelo con agua desionizada y séquelo de la misma manera. A continuación, envuelva la cinta de politetrafluoroetileno alrededor de un lado de cada electrodo, dejando una porción expuesta para conectarse al probador de baterías.
Disolver 3,03 gramos de nitrato de potasio en 300 mililitros de agua desionizada. Sumerja los lados expuestos de ambos electrodos en esta solución de nitrato de potasio 0.1-molar. Además, coloque un electrodo de cloruro de plata y plata de referencia en la solución.
A continuación, conecte los electrodos a un potenciostato. El electrodo de trabajo de grafito será el electrodo positivo, y el electrodo del contador de níquel será el electrodo negativo. Aplique un potencial de 1,80 voltios frente al cloruro de plata y plata al electrodo positivo durante cinco minutos.
A continuación, aplique un potencial de un voltio negativo frente al cloruro de plata y plata al electrodo positivo durante dos minutos para terminar el pretratamiento. Enjuague y seque los electrodos después. A continuación, conecte los electrodos pretratados a una placa de posicionamiento de electrodos personalizada.
Coloque la placa de posicionamiento en un vaso de precipitados equipado con una barra de agitación y llene el vaso de precipitados con electrolito hasta que la solución alcance el nivel adecuado. Coloque el conjunto del vaso de precipitados en una placa caliente de agitación y conecte un probador de batería a los electrodos. Cubra la celda vaso de precipitados con una envoltura de plástico para evitar la evaporación antes de realizar la prueba de la batería.
Revuelva la mezcla a unas 200 rpm durante la prueba. Para iniciar el procedimiento de medición del índice de lanzamiento, sopese dos electrodos positivos y registre sus masas. Coloque un electrodo negativo en la posición central de un aparato celular Haring-Blum.
Coloque un electrodo positivo en el conjunto cerca del electrodo negativo. Coloque el otro electrodo positivo a una distancia varias veces mayor que la distancia entre el primer electrodo positivo y el electrodo negativo. Sumerja el electrodo en el electrolito de interés y conéctelo a un probador de baterías.
Comience la prueba cargando el conjunto de la batería con una densidad de corriente constante de 20 miliamperios por centímetro cuadrado durante 30 minutos. Después de realizar los ciclos de carga-descarga deseados, enjuague los electrodos positivos con agua desionizada y deje que se sequen en el aire ambiente durante la noche. Luego, pesa los electrodos positivos y calcula la cantidad de metal chapado en cada electrodo.
Repita este proceso en varias relaciones de distancia lineales y genere un diagrama de índice de lanzamiento. Para preparar un electrodo de grafito electroplacado para SEM, primero enjuáguelo con agua desionizada y deje que se seque a temperatura ambiente. Luego, utilice una sierra de diamante para cortar cuidadosamente el electrodo en muestras del tamaño deseado.
Montar en frío una muestra de electrodo, fijarlo en un pulidor, y pulir mecánicamente con papel de lija de carburo de silicio de 14 y tres milímetros en secuencia. Enjuague la muestra con agua desionizada y séquela con gas nitrógeno después de cada pulido. A continuación, pula la muestra con una suspensión de diamante de un milímetro, seguida de una suspensión de alúmina de 0,05 milímetros en agua desionizada.
Después de eso, deposite una capa de platino en la muestra pulida y adjúntela a la plataforma de muestra con cinta de cobre. Adquirir imágenes SEM del material electroplacado. La adición de acetato de sodio al electrodo SLFB amplió la vida útil del ciclo de carga-descarga en aproximadamente un 50%Adición de acetato de sodio también mejoró las características de lanzamiento en los electrodos positivos, como lo indica la pendiente más superficial en un diagrama de índice de lanzamiento.
El acetato de sodio no tuvo ningún efecto significativo en el comportamiento de chapado en el electrodo negativo. Las imágenes SEM de electrodos positivos electroplacados con óxido de plomo IV en electrolito con y sin acetato de sodio mostraron que el aditivo correspondía a una superficie de óxido IV de plomo más suave con menos defectos. Las impurezas son perjudiciales para el rendimiento de los SLFB.
Asegúrese de que el óxido de plomo esté completamente disuelto en el MSA y filtre todos los sólidos residuales antes de usar el electrolito. Una vez cosechada la muestra de electrodo chapado, se pueden realizar otras técnicas de escalación de materiales como EBSD, nanoindentación o difracción de rayos X para obtener información sobre el efecto del aditivo en la electrodeposición. Recuerde preparar el electrolito en una campana de humo porque el gas liberado durante este procedimiento puede ser peligroso.
