Les auteurs tiennent à remercier le Prix de la Fondation nationale des sciences 1006568 pour le financement de ce projet.

1. Préparation Nano-VB 2 Nanoscopique VB 2 est directement synthétisée à partir de vanadium élémentaire et du bore par broyage à boulets dans un rapport molaire de 1:2. <ol><li> Nettoyer un ml tungstène bol de broyage 50 carbure et dix billes en carbure de tungstène de 10 mm. Sec à l&#39;air dans un four à 100 ° C pendant 1 heure pour s&#39;assurer que toute l&#39;eau soit évaporée. </li><li> Nettoyez l&#39;intérieur du bol de broyage afin de s&#39;assurer qu&#39;aucun résidu reste, répétez l&#39;étape 1.1 si des résidus est visible. </li><li> Purger l&#39;antichambre d&#39;une boîte à gants avec de l&#39;argon 3x pendant 10 min à chaque fois. Transférer le bol de broyage, boules, et une spatule propre dans la boîte à gants remplie d&#39;argon. </li><li> Peser le vanadium et des poudres de bore dans un rapport molaire 1:2, de 0,500 g de vanadium et de 0,212 g de bore dans le récipient de broyage, ajouter les billes, et sceller le récipient de broyage. </li><li> Retirer le bol de broyage étanche à partir de la boîte à gants, placez-le dans un broyeur à boulets planétaire à 600 tours par minute et à l&#39;usine pendant 4 heures. </li><li> Après des achèvementsn, laisser la cuve de broyage se refroidir à la température ambiante avant de le retirer du broyeur à boulets. </li><li> Purger l&#39;antichambre d&#39;une boîte à gants avec de l&#39;argon 3x pendant 10 min à chaque fois. Transférer le bol de broyage, ballon, un film de paraffine, spatule, et barreau magnétique dans la boîte à gants. </li><li> Appliquer le revêtement d&#39;oxyde de zirconium pour l&#39;préparé nanoscopique VB 2 comme suit: <ol><li> A l&#39;intérieur de la boîte à gants recueillir la nano-VB 2 précédemment préparé en utilisant une spatule pour racler les parois du bol de broyage jusqu&#39;à ce que la majeure partie de la masse de départ a été récupéré. Peser et transférer le recueillies nano-VB 2 dans un ballon à fond rond. </li><li> Peser 3,5 pour cent en poids de chlorure de zirconium par rapport au VB recueilli 2, puis ajouter la poudre dans le ballon à fond rond contenant la recueillies nano-VB 2. </li><li> Ajouter une barre d&#39;agitation magnétique dans le ballon et en utilisant un film de paraffine sceller l&#39;ouverture avant de retirer de la boîte à gants. Alternativement, unseptum a été utilisé avec des résultats équivalents Retirer le ballon de la boîte à gants. </li><li> En utilisant une seringue de 10 ml, transférer 10 ml d&#39;éther éthylique dans le ballon à fond rond. Couvrir rapidement le trou créé par la seringue dans le film de paraffine avec une pièce supplémentaire de Parafilm. </li><li> Mélanger le ballon sur une plaque d&#39;agitation pendant une heure sur un réglage moyen. </li><li> Après une heure, évaporer l&#39;éther éthylique restant hors de la nano-VB 2 à l&#39;aide d&#39;un évaporateur rotatif ou une autre configuration de la pompe jusqu&#39;à enduit nano-VB 2 semble sec. </li><li> Après Zr revêtement nano-VB 2 est complètement sec, collecter. </li></ol></li></ol> 2. Préparation de l&#39;électrolyte <ol><li> Préparer un mélange de KOH 4 M et d&#39;une solution 4 M de NaOH pour une utilisation comme électrolyte. (NOTE: Assurez-vous juste assez pour durer quelques semaines, répéter au besoin de former de nouvelles cellules). Électrolytes de solution aqueuse d&#39;hydroxyde de NaOH et KOH ont été explorées dans le passé dont la concentration a couruging de 8 M saturée. La combinaison de 4 M NaOH et KOH 4 M cède légèrement amélioré la performance de taux élevé par rapport aux résultats antérieurs utilisant un pur NaOH électrolyte. </li></ol> 3. Démontage Zinc / Air Batteries Voir le tableau des régents et des matériaux pour plus de détails au sujet de fabricant de la batterie et le numéro de modèle. <ol><li> Ouverture de la cellule zinc / air pour la fabrication ultérieure de VB 2 / cellules d&#39;air. <ol><li> Créer une coupure dans la lèvre du boîtier de la pile de pièces de monnaie en utilisant une pince coupante diagonale. </li><li> Crimp l&#39;extérieur bordé de la lèvre vers l&#39;extérieur. Après avoir complètement autour de la cellule deux fois, il devrait être facile à ouvrir. </li><li> En utilisant une lame de rasoir, appuyez sur les bords du chapeau lentement, forcer doucement ouvrir la cellule. REMARQUE: Il peut prendre un certain temps pour obtenir la cellule ouverte. Soyez patient et veiller à ne pas casser ou d&#39;endommager une partie lors de cette étape. La cellule devra rester intact. </li></ol></li><li> Préparation de la batterie pour une utilisation <ol><li> Une fois que la cellule est ouverte en deux parties (le bouchon et le fond) de commencer à retirer doucement le matériau d&#39;anode de zinc à partir de la capsule et dans la partie inférieure. </li><li> Retirez autant zinc solide que possible avec la lame de rasoir. Ne pas gratter le fond, il est important de ne pas endommager les pièces. Le séparateur (en bas) et les (côtés) joint forment une seule superposition opaque qui peut facilement être perforé par la demande trop de pression avec la lame de rasoir. Percer le séparateur se traduira par endommager la cathode à air. En outre, si le joint est perturbé de la fiabilité de la cellule à être isolé électriquement est perdue. </li><li> En utilisant un coton-tige essuyer soigneusement le zinc restant et les résidus de la calotte, en bas, et le séparateur. </li><li> Nettoyez le bouchon et à l&#39;extérieur de la cellule avec de l&#39;alcool isopropylique. </li></ol></li></ol> 4. Préparation d&#39;une électrode de travail mAh 5 avec un mélange 70/30 sec <ol><li> Utiliser synthétisé revêtu Zr nano-VB 2 comme matériaux actifsal, peser 0,0012 g par électrode à fabriquer (généralement 5 - 10 cellules sont testées à la fois) et le transfert dans un mortier et un pilon. </li><li> Ajouter 30% de la pesée VB 2, 0,0005 g de graphite noir de carbone (par électrode), de la matière active dans le mortier et un pilon et broyer pendant 30 min. </li><li> S&#39;assurer qu&#39;il n&#39;y a pas de grandes grappes visibles de matériel et de recueillir poudre. </li><li> Peser environ 0,0017 g du mélange de 70/30-powder par capuchon d&#39;électrode propre à l&#39;aide d&#39;une spatule. (Si vous préparez plusieurs cellules à la fois, autrement transférer la matière dans le capuchon de l&#39;électrode). </li><li> Ajouter une goutte d&#39;alcool isopropylique à chaque chapeau et de la poudre de remous avec une spatule ou un autre petit bout pointu jusqu&#39;à ce qu&#39;il n&#39;y a pas de grumeaux et la suspension est répartie uniformément sur le dessus du bouchon. </li><li> Permettre aux électrodes à sécher pendant 30 min. </li></ol> 5. Assemblée cellulaire VB 2-Air - Méthode à sec <ol><li> Assembler les cellules dans le sens inverse de la zinc / AIr cellule avec l&#39;électrode de travail, le chapeau, la tête en bas. </li><li> Organiser chaque cellule (à 5 - 10 étant testées) en deux rangées, les bouchons en une seule et les fonds correspondants dans l&#39;autre. Inspecter chaque capuchon pour faire en sorte que le matériau d&#39;anode est répartie uniformément et non fissurée. </li><li> Ajouter 27 pi de KOH 4 M / 4 M mélange NaOH électrolyte à chaque séparateur. </li><li> Retirez délicatement l&#39;excès d&#39;électrolyte des fonds à l&#39;aide de coton en tamponnant une seule fois à l&#39;intérieur de la base. </li><li> Prendre soin de chacun des fonds, retournez-les et placez-les sur le dessus de la calotte sorte que le matériau anodique est en contact avec l&#39;électrolyte. </li><li> Appliquer une pression et sceller l&#39;aide d&#39;une résine époxy à séchage rapide. </li></ol> 6. Nano-VB 2 Test Cell / Air <ol><li> Une fois le processus de fabrication est terminée, les cellules de lieu sur une grille d&#39;évacuation ou de support de batterie. </li><li> Permettre à chaque cellule d&#39;une étape initiale de repos de dix minutes pour s&#39;assurer que les cellules s&#39;équilibrer avant le déchargement. </li><li> Déchargecellules à une charge constante de 3,000 Ω (ou une charge souhaitée de remplacement) en utilisant un testeur de batterie. </li><li> Après l&#39;étape d&#39;équilibrage, prendre une mesure du potentiel de circuit ouvert. </li><li> Puis décharger sous une charge constante jusqu&#39;à une tension d&#39;arrêt de 0,4 V est atteint. </li><li> Efficacité coulombique peut alors être calculée en fonction du pourcentage de la capacité mesurée par rapport à l&#39;anode théorique capacité d&#39;évacuation de onze électrons de 4,060 Ah kg -1. </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>

Les auteurs, Chris Rhodes, Ruben Lopez, Xuguang Li, Mahesh Waje, et Matthew Mullings sont des employés de Lynntech Inc.

La construction de la VB 2 / batterie air de cette manière donne la possibilité d&#39;étudier et d&#39;enquêter sur les onze électrons par transfert de charge de la molécule qui se produit, en prévoyant la possibilité d&#39;une nouvelle batterie haute capacité. Si les résultats obtenus ne démontrent pas des résultats reproductibles, assurez-vous que tout le matériau d&#39;anode en zinc a été retiré de la batterie, qu&#39;il ya une dispersion uniforme de matière active sur le bouchon, et que l...

Vanadium diborure d&#39;anode a entre la capacité de charge volumique la plus élevée de tout matériau d&#39;anode. Ce protocole introduit une méthode pour l&#39;étude de ce matériau fascinant. Métallique de zinc a été le matériau d&#39;anode prédominante dans des systèmes aqueux primaire due à haute volumétrique à deux électrons du métal de zinc et gravimétriques des capacités de stockage de charge de 5,8 kAh L -1 et 820 Ah kg-1, respectivement. * La pile au zinc-carbone, connu sous le nom la cellule Leclanché, a été introduite dans le 19 ème siècle, alliant une anode en zinc avec un dioxyde de manganèse (collecteur de courant en carbone) de cathode dans un électrolyte de chlorure 1. La pile alcaline commune utilise le même couple, mais remplace l&#39;électrolyte de chlorure avec un électrolyte aqueux d&#39;hydroxyde alcalin. Ensemble piles zinc-carbone et alcalines constituent la majorité des piles primaires vendu 1. Lorsque la cathode en dioxyde de manganèse dans la pile alcaline est remplacépar une cathode à air, des capacités de stockage d&#39;énergie sensiblement plus élevés sont obtenus. Cette batterie zinc-air utilise l&#39;oxygène de l&#39;air, et se trouve couramment dans les piles d&#39;appareils auditifs 1-3. Notre recherche pour le stockage de la batterie de plus grande capacité a mis l&#39;accent sur ​​les matériaux qui peuvent transférer plusieurs électrons par molécule 4-11. Parmi la grande variété de couples redox nous avons exploré, VB 2 se distingue comme une anode alcaline extraordinaire capable de libérer 11 électrons par VB 2, avec volumétriques et gravimétriques capacités de 20,7 kAh L -1 et 4060 Ah kg -1 respectivement. * En 2004 Yang et ses collègues ont signalé le rejet de VB 2, mais aussi documenté le domaine étendue dans laquelle VB 2 est sensible à la corrosion dans des milieux alcalins 12. En 2007, nous avons signalé que d&#39;un revêtement sur ​​les 2 particules VB empêche cette corrosion 13, menant à la démonstration de la VB 2 / air battery en 2008 14. Dans cet article, nous présentons un protocole utilisé pour étudier de nouveaux systèmes métal / air utilisant la technologie déjà développée pour la pile zinc / air appliqué à la VB 2 / cellule d&#39;air. Un nanoscopicVB 2 anode est présenté comme une anode à haute densité de puissance à haute énergie capable de présenter une réaction d&#39;oxydation de onze électrons approchant la capacité intrinsèque théorique de 4060 Ah kg -1 à une augmentation de tension de la batterie et de la capacité de charge de la batterie. Le couple VB 2 / pneumatique utilise un électrolyte alcalin de KOH / NaOH, en utilisant la même cathode à air de l&#39;oxygène extrait de la cellule zinc / air 1. La cathode d&#39;électro-carbone ne soit pas consommé au cours de la décharge. Il existe un besoin pour une meilleure compréhension du VB 2 / système d&#39;air afin d&#39;améliorer encore les performances de la cellule. Les propriétés et les performances de nanoscopiques VB 2 matériaux peuvent être utilisés pour explorer le tconfiguration de la cellule, il de la cellule zinc / air 15,16. Test électrochimique peut être effectuée pour nanoscopique VB 2 pour comparer les performances grâce à l&#39;efficacité pour cent à des taux différents.

<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

Une technique pour étudier les propriétés et les performances des nouveaux systèmes de batterie métal / air multi-électron est proposé et présenté. Procédé de synthèse d&#39;nanoscopique VB 2 est présenté ainsi que la procédure étape par étape d&#39;application d&#39;un revêtement d&#39;oxyde de zirconium pour les deux particules VB de stabilisation lors de la décharge. Le processus de démontage des cellules zinc / air existant est représenté, dans la construction d&#39;addition de la nouvelle électrode de travail afin de remplacer l&#39;anode de la cellule zinc / air classique avec un nanoscopique la VB 2 anode. Enfin, le rejet de la VB terminé 2 / batterie air est rapporté. Nous montrons que l&#39;utilisation de la pile zinc / air comme un banc d&#39;essai est utile de fournir une configuration cohérente pour étudier la performance de la haute énergie de grande capacité nanoscopique VB 2 anode.

Test électrochimique est effectuée pour déterminer la performance de VB 2 / piles de l&#39;air. Les résultats obtenus pour plusieurs cellules fournissent des preuves pour la reproductibilité de la performance de la cellule. Figure 1 compare le VB 2 / batteries de l&#39;air au cours d&#39;une 3000 ohms (à gauche) et 1000 ohms (à droite) décharge. A noter que la tension de décharge, de même que la fraction de 4060 Ah kg -1 capacité intrinsèque est supérieure ?...

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Fabrication of VB2/Air Cells for Electrochemical Testing

Un protocole est présenté à étudier métallique multi-électrons / systèmes de batteries de l&#39;air en utilisant la technologie développée pour la précédente cellule zinc / air. Test électrochimique est alors effectué sur des batteries fabriquées pour évaluer la performance.

Fabrication de VB<sub&gt; 2</sub&gt; / Cellules d&#39;air pour électrochimique 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 vues.  The George Washington University. Un protocole est présenté à étudier métallique multi-électrons / systèmes de batteries de l'air en utilisant la technologie développée pour la précédente cellule zinc / air. Test électrochimique est alors effectué sur des batteries fabriquées pour évaluer la performance.

Vidéo: 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.

Construction et d&#39;essai des Piles de batteries lithium-ion

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

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Ingénierie

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.

Fabrication et les essais de microfluidiques opto oscillateurs

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.

Processus de fabrication des élastomères diélectriques Actionneurs à base de silicone

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.

Investigation de la couche d&#39;émission spectroscopique Boundary au cours d&#39;essai des matériaux ablatif dans 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.

Electrochemical Eau-forte et caractérisation des points de Sharp émission de champ pour ionisation par impact électronique

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.

Fabrication de lumière blanche émettant des cellules électrochimiques avec des émissions de Stable exciplexes

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.

Localisation de défauts souterrains par chauffage structuré à l&#39;aide d&#39;une thermographie photothermique à laser

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.

Fabrication de faisceau ionique focalisé de Lithium-ion à l’état solide axée sur les LiPON micro-batterie pour In Situ essais

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.

Fabrication de Surfaces superhydrophobes en métal pour Applications d’antigivrage

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.

Fabrication d’une cellule optique séchoir pour les cellules d’analyse spectroscopique

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 ...