Bu eser bize Enerji Bakanlığı tarafından Office nükleer enerji nükleer enerji üniversite programları (Ödülü No desteklenmiştir DE-NE0008425); Entegre üniversite programı Yüksek Lisans Bursu (Ödülü No DE-NE0000113); ve Ticaret Bakanlığı, sanayi &#38; enerji, Kore Cumhuriyeti, enerji verimliliği &#38; kaynakları çekirdek teknoloji programı enerji teknoloji değerlendirme ve planlama (KETEP) (No. 20142020104190) Kore Enstitüsü. Bu makalenin yayın kısmen Pennsylvania State Üniversitesi kütüphaneleri açık erişim yayımlama Fonu tarafından finanse edildi.

1. fabrikasyon bir elektrokimyasal hücre bileşenleri <ol><li>ikili CaF 2 imalatı-AF 2 elektrolit <ol><li>Hesaplama ikili her bileşen için gerekli kütle elektrolit 350.0 ± 5.0 g karışımı 97 mol % CaF 2 ve 3 mol % AF 2 (Örneğin, 333.4 g CaF 2 ve BAV 2 16.6 g) ile için.</li>
		<li>Ölçü dışarı ve tuz karışımı yaklaşık 1,3 kg yttria-sağlamlık Zirkon medya (3 mm çapı) ve 25,0 ± 0.1 g polivinil alkol (PVA, organik Ciltçi) freze ile birlikte bir 1, 5 L plastik şişe içine dökün. 4/5 şişe olana izopropil alkol (IPA) eklemek tam. Şişe kapatın ve el ile sallamak içeriği karışım bileşenleri olarak dağıtabilmenizi yaklaşık 1 dk için.</li>
		<li>Yer plastik şişe tuz karışımı ile top mill (iki-Silindirler, 12,5 &#34; uzunluğu). 24 h için dakika (RPM) ve değirmen başına 250 devrimler için Top mill hızını ayarlamak</li>
		<li>Karışımı bir elekten (10 mesh) freze medya ve tuz karışımı ayırmak için bir tavaya dökün. Bir sıkmak şişe kullanarak durulayın elek hafifçe ile kalan karışımı yakalamak için IPA 10 mL.</li>
		<li>Topu öğütülmüş homojen karışımı bir duman mahalle ~ 24 h için kuru ve karışımı bir harç ve havaneli kullanarak ince bir toz eziyet. 
		Not: kurutma işlemi hızlandırılmış gerekiyorsa, pan sıcak tabakta 373 için ayarla-ebilmek konmak K.</li>
		<li>Ölçmek 130,0 ± elektrolit toz ve yük düzgün bir Pelet die (75 mm çap, 60 mm yükseklik) içine toz 1.0 g dışarı.</li>
		<li>Die basın kullanarak uniaxially basın basınç 30 MPa ile toz için forma bir yeşil 2 ortaçağ halk ozanı 75 mm çap ve 17 mm kalınlıkta, cips. Pelet pelet ölmektedir kaldırmak için Pelet die ters çevir, ile halka içinde ortalanmış pelet pelet kalıp üzerine merkezli bir paslanmaz çelik yüzük (101 mm dış çap (OD), 35 mm yüksekliği, 4.8 mm kalınlık) yerleştirin. Dikkatle ~1.0 bar basınç Pelet ölmektedir kaldırmak için Pelet die yumrukla basın.</li>
		<li>Yeşil Pelet, Ortadakinin ve altı eşit aralıklı 25,4 mm matkap merkezleri arasında dokunarak delik (~0.5 mm derinlik) oluşturmak için küçük matkap (1 mm çap) kullanın. O zaman büyük matkap (11,2 mm çap) kullanmak el ile yedi kuyu merkezli inebilecek dokunarak delik, her biri yaklaşık 12 mm derin (Pelet yoldan yaklaşık ¾).</li>
		<li>Her gerekli altı elektrolit kapaklar için 4,5 ± 0.5 g elektrolit tozu ölçmek ve toz düzgün bir Pelet kalıp içine (19 mm çapında, 50 mm yükseklik) yük.</li>
		<li>Uniaxially elektrolit tozu ile 7,5 MPa için 1 dk bir yeşil Pelet 19 mm × 10 mm çapında ve kalınlığı basın. Pelet pelet ölmektedir kaldırmak için Pelet die ters çevir, ile halka içinde ortalanmış pelet pelet kalıp üzerine merkezli bir paslanmaz çelik yüzük (37,5 mm OD, 30 mm yükseklik, 3, 5 mm kalınlık) yerleştirin. Dikkatle Pelet die yumrukla ~1.0 bar basınç Pelet ölmektedir kaldırmak için tuşuna basın. Küçük matkap (2 mm çap) el ile her önemli bir merkezi delik matkap kullanmak 
		Not: Yeşil 1.1.8 unsurlardandır. ve 1.1.10. Aşağıdaki adımlarda bir tek fazlı katı elektrolit kurmaya hazır sinterleme için.</li>
		<li>Her büyük elektrolit Pelet ve altı küçük elektrolit kapaklar kümesi için hafifçe Sinterlenmiş Pelet ayrılması Alümina plaka kolaylaştırmak için kaba Alümina toz ile aliminyum plaka (10 cm çapında, 4.65 mm kalınlığında) kapsar. Öyle ki onlar birbirlerini dokunmayın elektrolit Alümina toz üstüne alin.</li>
		<li>1.1.11 yukarıdaki derlemesinden bir yüksek sıcaklık kutusu fırında yerleştirin. Aşağıdaki Isıtma profil taşlarla sinter: 393 K nem, 823 K 12 h için PVA yakmak kaldırmak için 12 h ve 3 h için 1,273 sinter, tüm oranları 5 K/dk Isıtma ile için K için. Sonra 298 K 2,5 K/dk. hızında cool</li>
	</ol></li> <li>İmalat alkali toprak alaşımlı elektrot <ol><li>argon dolu bir torpido, en az 6.0 g (örneğin, 5.6 g BI ve 0.4 g ba kombine bir kitle ile ikili alaşım iki bileşenden kitle dışarı ölçmek Baryum köstebek kesir x Ba Ba-Bi alaşım için 0,10 =). Bir tepsiye yerleştirin ve torpido kaldırmak. 
		Not: Reaktif metal madeni yağ oksidasyonu önlemek altında depolanır. Mineral yağ çıkarmak, alkalin - dünya metal parçalar halinde aseton 10 için solüsyon içeren temizleyicide s.</li>
		<li>Tüm metal parçalar ark-erimek sahne ortasına yerleştirin ve sahne alanı güvenli.</li>
		<li>Çekme vakum odası 3 bir vakum-bar (ölçer basınç) yaklaşık 1,0 elde kadar dak ve sonra dolgu 0.0 (ölçer basınç) bar için argonla için üzerinde. En az üç kez ark eritme işlemi sırasında bir inert argon atmosfer sağlamak için bu yordamı yineleyin.</li>
		<li>Göz-Koruma Kalkanı ark-erimek biriminin ve sahne ve ark erimek tungsten ucu arasındaki istikrarlı bir elektrik ark oluşturmak için geçerli. Metal parçalar, elektrik ark parçalara açarak tek homojen bir eritebilir. Yeterli erime doğruladı tarafından gözlemlenebilir ayrı bölüm halinde alaşım parça yokluğu. 
		Not: büyük ölçüde reaktif öğeleri erimiş, yüksek bir akım ~ 5 s neden içinde malzemenin buharlaşma ve tutarsızlıkları alaşım kompozisyonu neden daha uzun süre kullanıyor.</li>
		<li>Tek bir alaşım parçaları erime sonra geçerli ve ark erimek kapat. Sahne odasından gevşetin, alaşım flip ve ark erimek odasına geri sahne sıkın. Tekrar 1.2.3 - 1.2.5 formu homojen bir alaşım için üç kez.</li>
		<li>Alaşım yeniden erime sonra sahne odasından tekrar sökün ve kırmak veya alaşım yaklaşık 3-6 daha küçük parçalar halinde kesin. Sahne Alanı'nda alin ve ark erimek odasına geri sahne vida. Parçaları tek bir adımları 1.2.3 - 1.2.5 göre içine yeniden eritebilir.</li>
		<li>3-5 dk. Detach Sahne Alanı'ndan ark-erimek sistem soğutmak sistem izin ve alaşım bir plastik torba içinde saklayın. Son elektrokimyasal hücre derleme kadar etkisiz argon ortamı (örneğin, torpidoda) altında çanta yere. 
		Not: her deneme için iki referans elektrot alaşım parçaları ve ilâ dört çalışma elektrot alaşım parça farklı kompozisyon gerekli olur.</li>
	</ol></li> <li>Tungsten elektrik müşteri adayları ve ısıl hazırlanması <ol><li>6 tungsten teller (1 mm çap) 46 cm boy kesme. El ile 100 kum zımpara kağıdı kullanarak bir oksit tabaka gibi yüzey kirletici kaldırmak için her tel uzunluğu boyunca kum. Aseton ile ıslak mendil kullanarak Tel yüzeyi temizleyin.</li>
		<li>Ekle elektrik elektrik arasında kısa devre-ecek önlemek tel (6.35 mm çap, 30,5 cm uzunluğunda) bir alüminyum tüp içine yol açar ve paslanmaz çelik test Oda elektrokimyasal ölçüm sırasında. Gibi yaklaşık 12,7 cm (alt) bir ucunda bırakma bare tel yapmak için potansiyostat ile elektriksel temas yol için iletişim elektrotlar ile ve diğer ucunda (üst) 2.5 cm.</li>
		<li>Yaklaşık 3 g hızlı cure epoksi ve sertleştirici 1dk ahşap aplikatör sopanın ucuna kullanarak için mix.</li>
		<li>Tüp tel ile epoksi yaklaşık 3 g tüp kapatın en iyi amaçla geçerlidir. Tüp yatıyordu ve dikey bir laboratuvar standı kullanarak tel ve 15 dk. tekrar her tungsten telin (elektrik kurşun) tedavisi epoksi izin.</li>
		<li>45 cm ısıl (tip-K) ucuna bir yeni 30,5 cm uzun Alümina tüp ekleyebilir ve hızlı cure epoksi ~ 5 mm üst kısmında maruz ısıl bırakarak adım 1.3.4, benzer kullanarak ısıl ve Alümina tüp arasındaki boşluğu mühür. Epoksi için 15 dk. tedavisi izin</li>
	</ol></li></ol> 2. Elektrokimyasal hücre Meclisi <ol><li>elektrokimyasal hücre derleme bileşenleri Temizleme <ol><li>elektrokimyasal hücre Meclisi önce iyice kum ile paslanmaz çelik test odası iç yüzeyine 100 kum zımpara kağıdı oraya kadar paslanmaz çelik yüzeylerde görünür hiçbir kirlenme var. Test odası, Oda kap ve Alümina pota (8,2 cm çapında, 3,0 cm yükseklik) temiz ve de-iyonize su kullanarak durulayın IPA ile.</li>
		<li>Vakum bağlantı parçaları ve isopropanol ~ 10 dk için o-Ring parçaları solüsyon içeren temizleyicide ve onları kurutma fırın ~ 373 K. Uygula, içinde o-halkaları için vakum kalite için vakum yağ ince bir kaplama kurumasını sağlar. Derleme için bir dolu argon torpidoda içine tüm elektrokimyasal Kur bileşenleri taşımak.</li>
	</ol></li> <li>Elektrokimyasal hücre Meclisi yükleme <ol><li>Sinterlenmiş elektrolit (Adım 1.1) test odası taşıyıcıya bulunan Alümina pota ortasına yerleştirin.</li>
		Öyle ki malzeme üst elektrolit yüzeyi ile aynı hizada <li>her kuyuya yeterli elektrot malzeme yük. İki kuyu referans elektrot malzemelerle doldurmak (örneğin, Ba-Bi (x Ba = 0,05)) aynı kompozisyon. Sonra dört kuyu elektrot malzeme, her şey farklı kompozisyon ( Şekil 2) sahip çalışma ile doldurun. Bu adımda, elektrolit Wells silindir şeklinde yakın elektrot ark erimiş malzeme şekil ve işleme araçları (örneğin, Mini Torna, matkap, vb) kullanarak elektrik kurşun sokmak için bir merkezi delikten (2 mm çap) matkap . 
		Not: örnekleri hava oksidasyon azaltmak için pozlama süresini en aza indirmek. Geniş oksidasyon örnekleri (donuk) bir sigara parlak yüzey katmanda varlığı ile belirtilir. Oksit tabaka kaldırmak için kum 100 kum zımpara kağıdı kullanarak sample(s) yüzey ve Kuru Temizleme işlemi ile temizlik.</li>
		<li>Bağlantı noktası odası Cap odası, bir elektrolit kap ve bir alaşım elektrot delik delik baffle plakaları uydurma vakum yoluyla elektrik kurşun derleme (tungsten tel ile alüminyum tüp içinde 1.3) yerleştirin. Tüm altı elektrotlar için bu yordamı yineleyin. Daha sonra bağlantı noktası uygun son vakum yoluyla ve yedinci kuyuya ısıl merkezinde yerleştirin. Sıkıca alaşım elektrolit yüzeye dokunun. Tam bir derleme Şekil 2 ve şekil 3 ' te gösterilen. 
		Not: Her tungsten tel sıkıca elektrolit yüzeye dokunun gerekir. Alaşım işlenmiş çok kırılgan ise, tungsten tel tel alaşım karşı tuşuna basıp yerleşimi limanda uydurma vakum uydurma vakum sıkma tarafından güvenlik altına alma alaşım karşı preslenmiş tutulabilen</li>
		<li>Paslanmaz çelik vakum odası üst oluk büyük o-ring yerleştirin. Dikkatli bir şekilde monte elektrokimyasal hücreler test odasına indir. Güvenli bir şekilde tüm vakum-mühür bileşenleri ve test odası kelepçe sıkın.</li>
	</ol></li> <li>Çıkarma nem ve emf ölçüm elektrokimyasal hücre derlemesinden oksijen <ol><li>monte test odası bir pota ocağı yük. İki Çakışan katmanları elektrokimyasal hücredeki tek tip sıcaklık dağılımı sağlamak ve test üstündeki epoksi mühürler önlemek için fırın değil vakum odasının fiberglas yalıtım maruz yüzeyi çevresine yerleştirin odası.</li>
		<li>Soğutma tüp giriş ve çıkış bağlantı noktalarına ( şekil 3 ve şekil 4) test odası soğutma suyu hattı eklemek.</li>
		<li>Vakum/argon satırı test odası giriş bağlantı noktasına takın ve çıkış bağlantı noktası vanayı kapat. Vakum ölçer okuma altında 10 mtorr kadar test odası tahliye. 
		Not: vakum seviyesi az 10 mtorr elde edemez, onay mühür bileşenleri o-halkaları, kelepçeler, dahil olmak üzere test odası Tüp bağlantı parçaları ve epoksi mühürler.</li>
		<li>Etkin vakum altında (&#60; 10 mtorr), 5 K/dk hızında Isıtma 373 K için fırın sıcaklık artışı ve 10 h için basılı tutun; 543 K için aynı Isıtma oranda artan ve 10 h. Not tutun: kurutma işlemi yaklaşık 20 h. alır</li>
		Yukarıdaki kurutma işlemi tamamlandığında, <li>tasfiye odası ultra yüksek saflıkta argonla doldurdum. Tahliye tekrar (&#60; 10 mtorr) ve tasfiye argon (~ 1 atm) yüksek sıcaklıklardaki işlemi için bir inert atmosfer sağlamak için en az üç kez.</li>
		<li>Son argon tasfiye sonra test odası giriş ve çıkış valfleri açın ve debimetre 50.0 mL/dk ortam atmosferik odası basınçta sürekli argon akışını korumak için ayarlamak (~ 1 atm).</li>
	</ol></li></ol> 3. Elektrokimyasal ölçümleri <ol><li><ol><li>hücre derleme ve potansiyostat arasındaki elektriksel temas kurma bağlanmak sayaç elektrot kablosu ve referans elektrot kablosu potansiyostat bir kez bir fırın vardır 543 ulaştı K. 
		Not: Her elektrot kablosu (Örneğin, referans elektrot, sayaç elektrot, çalışma elektrot elektrot kabloları algılama,) bir fiş, elektrik bağlantısı sağlayan kablo sonuna vardır.</li>
		<li>Bir timsah klip referans elektrot kablosu sonuna potansiyostat eklemek ve referans elektrot elektrik ilk hücre derleme'üzerine klip.</li>
		<li>Tak beş çalışma elektrot kabloları, her bağlantı noktası 1 ile 5, (MUX) çoğullama anahtar üzerindeki içine bir kutu. Bir timsah klip her çalışma elektrot kablosunu takın ve diğer beş elektrotlar göreli sıralı voltaj ölçümleri için izin elektrokimyasal hücre derlemeden elektrik kurşun her çalışma elektrot için her timsah klip bağlanmak referans elektrot için. 
		Not: Bir çalışma elektrot aynı düzenleme referans elektrot olarak sahip olmalıdır. Bu iki özdeş elektrot arasındaki gerilim farkı yaklaşık sıfır olmalı ve tüm ölçüm sırasında takip edilmelidir. Bir voltaj fark daha az 2-3 mV gösterir istikrar ve doğru emf ölçümler için referans elektrot sisteminin güvenilirliği.</li>
		<li>Paslanmaz çelik test odasına bir yere kablosunun bir ucunu takın ve diğer son direc takınBatıdaki bir elektrik prizine yere portuna. 
		Not: Bu yordam etkili Isıtma elemanları paslanmaz çelik test odası Faradaic bir kafes gibi elektrokimyasal ölçümler sırasında hizmet çünkü fırın gelen elektriksel gürültü bastırır.</li>
		<li>Oluşturmak için sırayla galvanostatic modu altında potansiyostat yazılımını kullanarak çalışma elektroda açık devre potansiyel (OTM) ölçmek için elektrokimyasal yazılım kullanarak bir programı. 
		Not: Özel program, istek, önlemler ve kayıtları her çalışma elektrodu ile sırayla için 15 dk süren her rotasyon ile zaman içinde dönen OCP her çalışma elektrot olarak kullanılabilir. Program çalışma elektrotlar kayıt OCP ölçümler her sıcaklık artışı, dizi döndürmek.</li>
		<li>Artırmak nerede elektrolit emf ölçülerini ionically iletken hale fırın sıcaklığı 543 K dan 1,073 K 5.0 K/dk. 
		Not: 1,073 K referans elektrot emf ölçümler sırasında elektrolit ve referans elektrot potansiyelleri geliştirilmiş istikrar için elektrik kurşun ile kararlı elektriksel temas kurmak için tamamen erimiş olmalı.</li>
	</ol></li> <li>Termal profil termal emf ölçüm sırasında Bisiklete binme için fırın ayarlama Not: Sıcaklık aralığı elektrot besteleri (erime örneğin, faz geçiş davranışını şartlı olduğunu sıcaklık) yanı sıra alaşım kompozisyonu reaktivite. Ba-Bi ve Sr-Bi alaşım sisteminden 723 ve IR/1,073 K, çalışma için tipik sıcaklık profili aşağıda verilmiştir.
	<ol><li>Program fırın denetleyicisi 1,073 K 723 K fırın sıcaklığı azalmaya ve 723 K 1,073 K 5 K/dk 25 K aralıklarla ± bayiliği oranında artırmak için. Her sıcaklık adımda (her 25 K Aralık), 1-2 h bileşenleri termal ve elektrokimyasal denge ulaşmak izin vermek için sıcaklık tutun. 
		Not: hücre sıcaklık ± 1 K ısıl verileri ilişkili veri alma (DAQ) sistemi tarafından görüntülenen tarafından gösterilen her sıcaklık adımda içinde sabit kalır bir kez termal denge ulaştı.</li>
	</ol></li> <li>Sıcaklık ve emf veri toplama <ol><li>elektrokimyasal hücre sıcaklığını bir ısıl DAQ sistemi kullanarak tüm termal döngüsü sırasında kayıt; Fırın Sıcaklık alt ve üst sınırları dahil program ve ısıl türü. Sıcaklık kayıt olarak aynı zamanda emf ölçüm programı başlar. 
		Not: Her çalışma elektrot OCP ölçümü referans elektrot karşı ölçülür. OCP ölçüm iki referans elektrot arasında 2-3'den az mV olmalıdır.</li>
		<li>Hücre sıcaklık ve her çalışma elektrot OCP ölçümleri sıcaklık bir fonksiyonu olarak her alkali toprak-sıvı metal alaşımı emf değerlerini belirlemek için kullanın. OCP değerler her sıcaklıkta çalışma ve referans elektrot arasındaki emf değerlerdir.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>

<ol><li>Ipser, H., Mikula, A., Katayama, I. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0364591610000386">Overview: The emf method as a source of experimental thermodynamic data.</a> CALPHAD: Comput. Coupling Phase Diagrams Thermochem. 34 (3), 271-278 (2010).</li>
<li>Kim, H., Smith, N., Kumar, K., Lichtenstein, T. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0013468616321831">Electrochemical Separation of Barium into Liquid Bismuth by Controlling Deposition Potentials.</a> Electrochim. Acta. 220, 237-244 (2016).</li>
<li>National Research Council. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Electrometallurgical+Techniques+for+DOE+Spent+Fuel+Treatment%3A+Final+Report%22">Electrometallurgical Techniques for DOE Spent Fuel Treatment: Final Report</a>. , National Academy Press. Washington, D.C. (2000).</li>
<li>Simpson, M. F. <a target="_blank" href="https://www.hindawi.com/journals/stni/2013/945858/">Projected Salt Waste Production from a Commercial Pyroprocessing Facility.</a> Sci. Technol. Nucl. Install. 2013, 1-8 (2013).</li>
<li>Lichtenstein, T., Smith, N. D., Gesualdi, J., Kumar, K., Kim, H. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0013468616327013">Thermodynamic properties of Barium-Bismuth alloys determined by emf measurements.</a> Electrochim. Acta. 228, 628-635 (2017).</li>
<li>Kim, H., Boysen, D. A., Ouchi, T., Sadoway, D. R. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378775313006502">Calcium-bismuth electrodes for large-scale energy storage (liquid metal batteries).</a> J. Power Sources. 241, 239-248 (2013).</li>
<li>Delcet, J., Delgado-Brune, A., Egan, J. J. <a target="_blank" href="https://scholar.google.com/scholar?cluster=11936657032995376385&hl=en&oi=scholarr">Coulometric Titrations Using CaF2 and BaF2 Solid Electrolytes to Study Alloy Phases.</a> Symp. Calc. Phase Diagrams Thermochemistry Alloy Phases. 275, Metallurgical Society of AIME Milwaukee. 275-287 (1979).</li>
<li>Roine, A. <a target="_blank" href="http://www.chemistry-software.com/pdf/HSC/full%20manual%20HSC%20Chemistry%205.pdf">Outokummpu HSC Chemistry 5.1. Chemical Reaction and Equilibrium Software with Extensive Thermochemical Database</a>. , (2002).</li>
<li>Smith, N. D., Lichtenstein, T., Gesualdi, J., Kumar, K., Kim, H. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S001346861632597X">Thermodynamic Properties of Strontium-Bismuth Alloys Determined by Electromotive Force Measurements.</a> Electrochim. Acta. 225, 584-591 (2017).</li>
<li>Kim, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S001346861101694X">Thermodynamic properties of Calcium-Bismuth alloys determined by emf measurements.</a> Electrochim. Acta. 60, 154-162 (2012).</li>
<li>Okamoto, H. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aOkamoto%2C+H+%22Ba-Bi+%28Barium-Bismuth%29%22">Ba-Bi (Barium-Bismuth)</a>. , 2nd ed, ASM International, Materials Park. (1990).</li>
<li>Lichtenstein, T., Gesualdi, J., Nigl, T. P., Yu, C. T., Kim, H. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0013468617315311">Thermodynamic Properties of Barium-Antimony Alloys Determined by Emf Measurements.</a> Electrochim. Acta. , (2017).</li>
<li>Wagner, C. <a target="_blank" href="http://jes.ecsdl.org/content/115/9/933.short">Limitation of the Use of CaF2 in Galvanic Cells for Thermodynamic Measurements due to the Onset of Electronic Conduction under Reducing Conditions.</a> J. Electrochem. Soc. 115 (9), 933-935 (1968).</li>
</ol>

Yazarlar hiçbir yayın malzeme ile ilgili açıklamayı çıkar çatışması var.

Bu eser emf hücresindeki bir CaF2kullanır-elektrot kompozisyon sabit bir sıcaklıkta değişti nerede coulometric titrasyon tekniği kullanan bir emf hücreye göre sabit besteleri, masif elektrolit ve elektrot malzemeleri dayalı. Coulometric titrasyon ile elektrot kompozisyon mükemmel coulombic verimliliği varsayarak Faraday'nın hukuk tarafından belirlenir. Ancak, büyük ölçüde reaktif alkalin - dünya orta çözünür (örneğin, Ba ~ 15 mol % çözünürlük BaCl2) içinde elektrolit aracılığıyla elektronik iletim teşvik etmek ve doğru önleme kendi halide tuzları metallerdir coulometric titrasyon7,13sırasında kompozisyon elektrot. Bu eser elektrokimyasal hücrede sabit besteleri, böylece coulometric titrasyon tarafından kompozisyon muhasebe belirsizlik ortadan kaldırarak, elektrot malzeme ile çalışır ve doğru emf ölçümleri toprak alkali alaşımlarının sağlar. Ayrıca, bu iş benzersiz elektrokimyasal hücrede termodinamik özellikleri değerlendirilmesi kompozisyonlar geniş bir aralığında hızlandırmak için aynı anda aynı deneyi içinde dört alaşım bestelerinden emf değerleri ölçer ve sıcaklıklar.
Ark-erimek ikili alaşımlardan imal eskisi gibi alaşımlar son kompozisyon elektrik ark ve metallerin yüksek buhar basıncı yüksek sıcaklık nedeniyle ilk kompozisyon sapma mümkündür. Doğru bir şekilde ikili alaşımların emf-sıcaklık ilişkisi bildirmek için onların kompozisyon İndüktif kullanarak plazma atomik emisyon spektroskopisi (ICP-AES), Ba-Sb sistem12için Tablo 3 ' te gösterilen birleştiğinde teyit edildi.
Elektrokimyasal hücre bileşenleri adım 2.3.4, yüksek kaliteli vakum alma zorlukları göre kurutma önce (&#60; 10 mtorr) ortaya çıkabilir. O-ring vakum odası kurulum doğru onun paslanmaz çelik oluk oturabilir değil. Ayrıca ek epoksi için olası kaçakları tak için uygulanabilir alüminyum tüpler, epoksi mühürler bir boşluk olabilir. EMF ölçümler sırasında elektrik müşterileri kaybetmek A-B alaşımlar ve iletişim yavaşça alüminyum boru büküm tarafından alaşımları ile yeniden kurulmuş olabilir emf değerleri büyük dalgalanmalar gözlenir, böylece müşteri adayıyla sıvı alaşım ıslatma.
Zaman zaman emf değerleri soğutma ve Isıtma döngüleri arasında büyük bir histeresis sergileyebilirler. Genel olarak, bir histeresis döngüleri soğutma/Isıtma arasında emf değerlerden elektrolit özellikle yüksek alkali toprak konsantrasyonlarda reaktif elektrot besteleri ile bozulması (1) kaynaklı; (2) elektrot malzemeleri buharlaşma yüksek sıcaklıkları ve test odası içinde kalan oksijen oksidasyon nedeniyle bozulması; veya (3) sigara denge faz davranış elektrot reçetesi, etkileri ve soğutma döngüsü sırasında metastable aşamaları oluşumu undercooling de dahil olmak üzere.
Elektrot ve elektrolit arasındaki bozulma reaksiyon belirgindir, deneysel set-up çalışma sıcaklığı maksimum azaltarak elektrokimyasal hücre bozulması azaltmak için değiştirilebilir. Etkileri undercooling huzurunda, Isıtma döngüsü sırasında elde edilen emf değerler denge termodinamik özellikleri belirlemede yararlı. Metastable aşama oluşumu bir histeresis emf ölçümlerde neden olduğunda, elektrot malzemeleri faz davranışını tamamlayıcı teknikleri, örneğin, XRD, faz bileşenlerinin analizi tarafından yapısal karakterizasyon inceleme gerektirir elektron mikroskobu (SEM) enerji dağıtıcı spektroskopisi (EDS) ve faz geçiş sıcaklıklar DSC tarafından tarama tarafından. Faz geçiş veri de 1,223 K, yukarıdaki tarif emf ölçüm tekniği ile2-AF2 elektrolit aşağılamak için başlayabilir CaF elde etmek zor olabilir.
Bu eser emf ölçüm teknikte ikili alkali toprak-sıvı metal alaşımlar, etkinlik, kısmi molar entropi, kısmi molar entalpi ve faz geçiş sıcaklığında da dahil olmak üzere ampirik termodinamik özelliklerini belirlemek için kullanılabilir. Bu termodinamik veri olarak toprak alkali alaşımlarının tamamlayıcı teknikleri (XRD, DSC ve SEM) ile ikili faz diyagramları şekil 85' olarak rafine bir deneysel olarak kullanılmaktadır. Her alkalin - dünya metal etkinlik değerlere (A = Ca, Ba ve Sr) sıvı metaller (B Bi ve Sb =), toprak alkali elementleri ve sıvı metaller arasındaki atomik etkileşimler gücünü mamüllerinin alkali-Dünya'yı ayırmak için kullanılacak olabilir fizyon ürünleri erimiş tuz çözümleri.

Elektromotor kuvvet (emf) ölçümleri doğrudan bir kimyasal reaksiyon kısmi molar Gibbs serbest enerji değişimine belirlemek ve etkinlik, kısmi molar entalpi ve kısmi molar entropi1gibi doğru termodinamik özellikler sağlar. Termokimyasal veri üzerinden çok bileşenli faz diyagramları, ilk ilke malzeme modelleme, sentezi için yeni deneysel doğrulama için arıtma malzemeleri toplumda araştırma konuları çeşitli için çok önemli değil intermetallic türler avantajlı özellikleri ile. Son zamanlarda, Kim vd. sıvı metal elektrotlar erimiş tuz elektrolit2' den toprak alkali türler ayırarak canlılığı değerlendirmek için emf ölçümler kullanılmaktadır.
Elektrokimyasal ayrılık erimiş tuzları (örneğin, LiCl KCl) kullanarak3geri dönüşüm kullanılan nükleer yakıt uranyum ve transuranik metaller ayıran için umut verici bir teknolojidir. Erimiş tuz bir anot olarak kullanılan yakıt işlenirken, füzyon ürünleri uranyum daha alt standart azaltma potansiyelleri ile okside ve erimiş tuz çözünmüş iyonların (örneğin, Ba2 +, Sr2 +,+Cs ve nadir-toprak birikir metal katyonlar)4. Sonuç olarak, erimiş tuz elektrolit gerekir düzenli olarak yerini ve/veya ayrı birikmiş fizyon ürünleri4daha işlenmiş. Bu iyonlar ayrı zorlaştırır kurucu özellikler arasında en düşük standart azaltma potansiyelleri sergilemek çünkü belirli endişe alkali/alkali-dünya füzyon (Ba2 +, Sr2 +ve Cs+) ürünlerdir erimiş tuz eriyik--dan.
Ancak, Lichtenstein vd. yakın zamanda baryum sıvı bizmut düşük termodinamik etkinlik sergileyen gösterdi (baryum köstebek kesir xBa (BI içinde) 10-12 x 8.7 = 0,05, 1.123 K), güçlü ima atomik Baryum ve bizmut5arasındaki etkileşimler. Kim ve ark. gözlenen bu etkileşimler baryum iyonları ifade potansiyelleri sıvı bizmut elektrot (-3.74 V-2.49 V Cl-/Cl2(g) vs. için), bir kayma neden baryum tercihli bir birikimi sonuçlanan elektrolit çözüm (BaCl2- LiCl CaCl2- NaCl, 16-29-35-20 mol %) 773-973 K6. Seçmeli olarak kullanılan nükleer yakıt elektrokimyasal işleme için kullanılan elektrolit alkali/alkali-dünya füzyon ürünleri ayırmak için sıvı metal elektrot kullanarak ifade potansiyel bu vardiyada kaldıraçlı. Alkali/alkali-dünya füzyon ürünleri erimiş tuz elektrolit ayıran canlılığı belirlemek için potansiyel sıvı metaller (örneğin, BI, Sb) bu öğelerin termodinamik özellikleri belirlenmelidir.
Önceki çalışmalarda, Delcet vd. coulometric titrasyon ikili alaşımların termodinamik özellikleri belirlemek için kullanılan (örneğin, Ba-Bi, Ba-Sb, Ba-Pb)7. Ba-Bi alaşımları xBa ' e kadar 0,50, = coulometric titrasyon 1.123 K bir tek-kristal BaF2 elektrolit kullanarak istihdam ve bizmut (2.4 x , 10-12 x baryum karşılaştırılabilir etkinlik değerleri gözlenen (BI) ba = 0,05, 1.123 K). Ancak, bu sonuçlar ikili alaşımları baryum içeriği ile ilgili belirsizlik nedeniyle yanlış bildirildi. Baryum yüksek reaktif ve daha yüksek sıcaklıklarda halide tuz artan elektronik iletim neden ve coulometric sırasında yanlış kompozisyon muhasebe yol onun halide tuzları (1,163 k BaCl2 mol % ~ 15), çözünür metaldir titrasyon. Termodinamik özellikleri (örneğin, aşırı kısmi molar Gibbs serbest enerjisi, kısmi molar entalpi, kısmi molar entropi) büyük ölçüde reaktif öğeleri içeren ikili alaşımların belirlemek için bu protokol için açıklanan emf yöntemi kullanıldı.
İkili alaşımların Termokimyasal özellikleri için denge hücre potansiyel Ehücre (Yani, emf) alaşımı (A-B) ölçerek saf metal A. referans potansiyeline göre belirlenebilir Sonra hücre potansiyeli doğrudan hücre tepki Nernst ilişkisi göre kısmi molar Gibbs serbest enerji (veya kimyasal potansiyel) değiştirmek için ilgili (<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/56718/56718eq1.jpg">).
Bu çalışmada toprak alkali alaşımları EMF ölçülerini florür iyon iletken CaF2 temel elektrolit olarak çünkü seçilen Ca2 +/Ca Redoks potansiyeli (E0 -5.59 V =) diğerinden daha negatif toprak alkali Redoks potansiyeli (örneğin, <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/56718/56718eq2.jpg"> </img>, <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/56718/56718eq2.jpg"> F-/f2(g) 873 k karşı) florür sistemi8. Bu CaF2 daha fazla anlamına gelir kimyasal olarak istikrarlı diğer toprak alkali florür AF2 ' den (A = Sr veya Ba), ve Ba2 + veya Sr2 + iyonları CaF2- BaF2 ve CaF electroactive türler olduğunu 2- SrF2 elektrolit, anılan sıraya göre. CaF2yüksek kararlılık kullanmak, hangi en aza indirir Ba yan etki veya Sr CaF2 yüksek sıcaklıklardaki2-AF2 elektrolit oldu tek fazlı ikili CaF iyonik iletkenlik yanı sıra alaşımlar başarılı bir şekilde doğru ikili alkali toprak-sıvı metal alaşımlar emf ölçmek için istihdam. Tek fazlı ikili elektrolit oluşumu onayı şekil 19x-ışını kırınım (XRD) analizi ile doğrulanır.
Hücre ölçmek için potansiyel bir toprak alkali alaşım, aşağıdaki elektrokimyasal hücre bir katı hal ikili CaF2-AF2 (97 mol % CaF2, 3 mol % AF2) elektrolit10kullanarak uygulanan:
<img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/56718/56718eq4.jpg">,
nerede saf alkalin - Dünya A metal (A = Ca, Sr veya Ba) olarak referans elektrot (RE), solid CaF2-AF2 kompozisyon A-B alaşımları sabit çalışma elektrotlar (biz) ve B elektrolit olarak görev yapar mı aday sıvı metal BI veya Sb gibi. Elektrokimyasal hücredeki half-cell reaksiyonlar şunlardır: 
<img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/56718/56718eq5.jpg"> 
<img alt="Equation 6" src="/files/ftp_upload/56718/56718eq6.jpg">
ve genel hücre reaksiyonu: 
<img alt="Equation 7" src="/files/ftp_upload/56718/56718eq7.jpg">
Burada e- bir elektron alışverişinde hücre reaksiyonları ve z değiş tokuş elektron sayısıdır (z = 2 alkali toprak elementleri için). Bu genel tepki, kısmi molar Gibbs serbest enerjisi A metal değişikliği için <img alt="Equation 8" src="/files/ftp_upload/56718/56718eq8.jpg"> </img>, şöyle verilir: 
<img alt="Equation 9" src="/files/ftp_upload/56718/56718eq9.jpg"> nerede<img alt="Equation 10" src="/files alt="Equation 10" src=""></img alt="Equation 10" src="/files>/ ftp_upload/56718/56718eq10.jpg "/ > kısmi molar Gibbs serbest enerjisi bir metal metal b olduğunu <img alt="Equation 11" src="/files/ftp_upload/56718/56718eq11.jpg"> olduğunu standart Gibbs serbest enerji saf bir metal, R ideal gaz sabiti, T sıcaklığı Kelvin, ve birA metal B. A etkinliği olduğunu Ölçülen hücre emf, Ehücre, doğrudan kısmi molar Gibbs serbest enerjisi a değişikliği Nernst denklemi tarafından ilgili, 
<img alt="Equation 12" src="/files/ftp_upload/56718/56718eq12.jpg"> F Faraday sabiti nerede.

<table><tbody><tr><td>1 L bottle</td><td>US Plastic</td><td>69032</td><td>HDPE, wide mouth</td></tr><tr><td>Acetone, 99.5%</td><td>Alfa Aesar</td><td>30698</td><td>ACS Grade</td></tr><tr><td>Alumina dish</td><td>AdValue Technology</td><td>AL-4120</td><td>81 mm OD, 30 mm height</td></tr><tr><td>Alumina plate</td><td>AdValue Technology</td><td>AL-D-82-6</td><td>10 cm in diameter, 4.65 mm thickness</td></tr><tr><td>Alumina powder</td><td>AluChem</td><td></td><td>AC99 tabular alumina</td></tr><tr><td>Alumina tube</td><td>Coorstek</td><td>66631-12.0000</td><td>0.25 in. OD, 12 in. length</td></tr><tr><td>Arc-Melter</td><td>Edmund Buhler GmbH</td><td>MAM1</td><td></td></tr><tr><td>Argon, 99.999%</td><td>Praxair</td><td>AR 5.0UH-K</td><td>Ultrahigh purity</td></tr><tr><td>Ball mill</td><td>Norton Chemical Process Products Corporation</td><td>CF-70109</td><td>6 sets of 2 12.5 in. rollers, RPM 1725/1425</td></tr><tr><td>Barium</td><td>Alfa Aesar</td><td>653</td><td>99.2% purity</td></tr><tr><td>Barium fluoride</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>652458</td><td>99.999% purity</td></tr><tr><td>Bismuth</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>556130</td><td>99.999% purity</td></tr><tr><td>Boron nitride</td><td>Saint-Gobain</td><td>AX-05</td><td></td></tr><tr><td>Calcium fluoride</td><td>Alfa Aesar</td><td>11055</td><td>99.95% purity</td></tr><tr><td>Cotton tip applicator</td><td>Dynarex</td><td>4301</td><td>100 count, 3 in. long</td></tr><tr><td>Die press</td><td>Carver, Inc.</td><td>3850</td><td>Clamping force: 12 tons; Platens: 6&amp;nbsp; x 6 in.</td></tr><tr><td>Drill bit 29 piece set</td><td>Chicago-Latrobe</td><td>45640</td><td>1/16 in. - 1/2 in. x 1/64 in.</td></tr><tr><td>Drying pan</td><td>Pyrex</td><td>5300114</td><td>15.5 in. x 9.5 in. x 2.25 in.</td></tr><tr><td>Emery paper</td><td>McMaster-Carr</td><td>4681A21&amp;nbsp;</td><td>Grit size: 100</td></tr><tr><td>Fiberglass insulation</td><td>McMaster-Carr</td><td>9346K38</td><td></td></tr><tr><td>Flowmeter</td><td>Brooks</td><td>MR3A00SVVT</td><td>Range: 0.1 to 1 standard cubic feet per hour (SCFH) of Air</td></tr><tr><td>Gas bubbler</td><td>Ace Glass</td><td>8761-10</td><td></td></tr><tr><td>High temperature box furnace</td><td>Thermolyne</td><td>F48020-80</td><td>48000 Furnace, 8-segment program, Max. 1,200 &amp;deg;C</td></tr><tr><td>High temperature crucible furnace</td><td>Mellen</td><td>CC12-6X12-1Z</td><td>6 in. ID, 12 in. depth. Max temp 1,200 &amp;deg;C. 208 V</td></tr><tr><td>High vacuum grease</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>Z273554</td><td>Brand: Dow Corning</td></tr><tr><td>Inert atmopshere glovebox</td><td>Mbraun</td><td>MB200</td><td></td></tr><tr><td>Isopropyl alcohol</td><td>Macron Chemicals</td><td>3032-21</td><td>ACS Grade</td></tr><tr><td>Large pellet die set</td><td>MTI Corporation</td><td>EQ-Die-75D</td><td></td></tr><tr><td>Polyvinyl alcohol, 99+%</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>341584-5KG</td><td>Hydrolyzed, molecular weight (MW): 89,000-98,000</td></tr><tr><td>Potentiostat</td><td>Autolab</td><td>PGSTAT302N</td><td></td></tr><tr><td>Potentiostat-multiplexing switch box</td><td>Autolab</td><td>MUX SCANNER16 F/16 X WE</td><td>Multiplexer (MUX) SCANNER16</td></tr><tr><td>Potentiostat control software</td><td>NOVA</td><td></td><td>NOVA 1.11</td></tr><tr><td>Precision mini lathe</td><td>Harbor Freight Tools</td><td>93212</td><td>Brand: Central Machinery&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>Quick cure epoxy</td><td>Grainger</td><td>5A462</td><td>Brand: Devcon</td></tr><tr><td>Recirculating chiller</td><td>VWR International</td><td>13271-204</td><td>Model: 1175PD</td></tr><tr><td>Small pellet die set</td><td>MTI Corporation</td><td>EQ-Die-18D-B</td><td></td></tr><tr><td>Sonicator</td><td>VWR International</td><td>97043-968</td><td></td></tr><tr><td>Squeeze bottle</td><td>VWR International</td><td>16650-022</td><td>LDPE, 500 mL</td></tr><tr><td>Stainless steel mesh sieve</td><td>Amazon</td><td></td><td>10 mesh, 2 mm holes</td></tr><tr><td>Strontium</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>343730</td><td>99% purity</td></tr><tr><td>Strontium fluoride</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>450030</td><td>99.99% purity</td></tr><tr><td>Thermocouple</td><td>Omega</td><td>KMQXL-125U-18</td><td>K-type thermocouple</td></tr><tr><td>Thermocouple acquisiton board</td><td>National Instruments</td><td>NI-9211</td><td></td></tr><tr><td>Tungsten wire</td><td>ThermoShield</td><td>88007-0.100</td><td>99.95% wire</td></tr><tr><td>Vacuum pump</td><td>Pfeiffer</td><td>PK D56 707</td><td>Duo Line 1.6</td></tr><tr><td>Wipes</td><td>Kimtech</td><td>S-8115</td><td>ULine distributor</td></tr><tr><td>Wire cutters</td><td>McMaster-Carr</td><td>5372A4</td><td></td></tr><tr><td>Yttria-stabilized zirconia milling media</td><td>Tosoh, USA</td><td></td><td>3 mm diameter</td></tr></tbody></table>

determination of thermodynamic properties of alkaline earth-liquid metal alloys using the electromotive force technique

Bir CaF2 katı hal elektrolit dayalı bir roman elektrokimyasal hücre elde etmek için kompozisyon ve sıcaklık işlevleri olarak ikili alkali toprak-sıvı metal alaşımlar Elektromotor kuvvet (emf) ölçmek için geliştirilmiştir Termodinamik veri. (A nerede Ca, Sr veya Ba gibi alkali toprak elementi) bir kimyasal olarak kararlı katı hal CaF2-AF2 elektrolit, ikili A-B alaşım (B nerede BI veya Sb gibi sıvı metal) ile hücre oluşan bir metal elektrotlar ve saf bir çalışma referans elektrot. EMF veri bir sıcaklık aralığında, 723 K 1.123 K deneme başına birden fazla alaşım besteleri için 25 K artışlarla toplanır ve etkinlik değerleri, faz geçiş sıcaklıklar ve kısmi molar entropies/enthalpies için verim için analiz sonuçları Her kompozisyon.

Şekil 5 görüntüler bir elektrokimyasal hücre yeniden Isıtma ve soğutma üzerine yapılan emf ölçümler: Ba-Bi (xBa = 0,05) | CaF2- BaF2| Ba-Bi (xBa = 0,05, 0,10, 0,20 ve), Ba-Bi alaşım nerede xBa = 0,05 hizmet referans elektrot5.
İki özdeş Ba-Bi alaşımları xBa arasındaki potansiyel farkı = 0,05 kalır daha az 2 mV kararlılığını ve güvenilirliğini referans elektrot gösteren tüm ölçüm sırasında. Alaşım besteleri xBa için = 0,10 ve xBa = 0,20, simetrik emf profil Isıtma ve soğutma çevrimleri, termal Bisiklete binme sırasında tekrarlanabilir emf değerleri gösteren sırasında elde edilir. (Her 25 K Aralık) her sıcaklık adımda, termal ve elektrokimyasal kararlı durum 1-2 h (şekil 5)5' ten daha az sayıda hücre sıcaklık ve hücre emf değeri ulaşmak.
Saf Ba(s), Ba-Bi emf değerleri standart devlete karşı Ba-Bi alaşımların termodinamik özellikleri belirlemek için (xBa = 0,05) alaşım referans elektrot saf Ba ile ilgili olarak ayarlanması gerekir. Emf değerleri referans elektrot saf Ba ile ilgili olarak, ayrı bir elektrokimyasal hücre kullanarak saptanır: Ba(s) | CaF2- BaF2| Ba-Bi (xBa = 0,05) ve sonuçları şekil 6' da sunulmuştur. Doğrusal kullanarak uygun bu ölçüm xBa = 0,05 (şekil 6), emf Ba-Bi alaşımlar (Ehücre) değerlerini saf Ba metal5göre belirlenir.
Ba-Bi alaşımlar, göreli olarak saf Ba(s), emf değerleri seçilen Ba-Bi alaşımlar için Şekil 7 ' de gösterildiği gibi her elektrot kompozisyon sıcaklıkta bir fonksiyonu olarak çizilir (xBa = 0,05 - 0,25)5. Doğrusal uygun sıcaklık karşı çizilen emf veri kısmi molar entropi değişimi aşağıdaki termodinamik Denklem kullanılarak hesaplanır: 
<img alt="Equation 13" src="/files/ftp_upload/56718/56718eq13.jpg"> ve bizmut baryum kısmi molar entalpi Gibbs-Helmholtz denklem gibi termodinamik ilişkileri kullanarak aşağıdaki gibi hesaplanabilir. Sonuçları Tablo 15' te özetlenmiştir. 
<img alt="Equation 14" src="/files/ftp_upload/56718/56718eq14.jpg">
Baryum etkinlik aynı zamanda toplanan emf değerleri ve Nernst denklemi kullanarak tespit edilmiştir: 
<img alt="Equation 15" src="/files/ftp_upload/56718/56718eq15.jpg"> Sonuçları Tablo 25' te özetlenmiştir.
Ba-Bi alaşımları için EMF değerleri (Ba x = 0,05 - 0,80) aynı zamanda faz geçiş sıcaklıklar için her alaşım kompozisyonu belirlemek için kullanılmıştır. Diferansiyel tarama Kalorimetre (DSC) faz geçiş veri ile birlikte, İndüktif eşleşmiş plazma atomik emisyon spektroskopisi (ICP-AES) kompozisyon verileri, Tablo 312ve kristal yapısı içinde görüntülenen benzer XRD analiz, emf veri verilerden Okamoto (şekil 8)5,11tarafından bildirilen en son Ba-Bi faz diyagramı geliştirmek için kullanıldı.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56718/56718fig1.jpg"> 
Resim 1: Tek fazlı CaF2- SrF2 elektrolit XRD spectra. CaF2- SrF2 elektrolit öncesi ve sonrası sinterleme XRD spectra (en yoğun tepeye kadar her spektrum için normalleştirilmiş). Pure (*) CaF2 ve BAV2 kırınım desenleri karşılaştırma için sağlanır. Bu rakam Smith et al. değiştirildi 9 <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56718/56718fig1large.jpg" target="_blank">Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56718/56718fig2.jpg"> 
Şekil 2: elektrokimyasal hücre A-B alkali toprak-sıvı metal alaşımlarının. Bir şematik elektrolit, elektrolit kapaklar, elektrot malzemeler, tungsten müşteri adayları ve ısıl (TC) ile emf ölçümleri için kullanılan elektrokimyasal hücre derleme. Referans elektrotlar 6 A-B alaşımları ikisidir ve 4 çalışma elektrotlar vardır. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56718/56718fig2large.jpg" target="_blank">Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56718/56718fig3.jpg"> 
Şekil 3: emf ölçümler için elektrokimyasal Kur. Elektrokimyasal hücre bileşenleri ve ilişkili bileşenleri uygun çalışma koşulları için bir örnek. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56718/56718fig3large.jpg" target="_blank">Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56718/56718fig4.jpg"> 
Şekil 4: deneysel kurulum araçları diyagramı. Soğutma su (düz, kalın), argon (düz, ince) ve emf ölçüm sistemi ile vakum (Kesikli) sıvı akışı bir şematik. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56718/56718fig4large.jpg" target="_blank">Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56718/56718fig5.jpg"> 
Şekil 5: Elektrokimyasal emf ölçümleri Ba-Bi alaşımlar (xBa = 0,05 - 0,20). Elektromotor kuvvet (E1) ve sıcaklık ölçülen zaman soğutma ve Ba-Bi yeniden Isıtma üzerine bir fonksiyonu olarak (xBa = 0,05) | CaF2- BaF2| Ba-Bi (xBa = 0,05, 0,10 ve 0,20) hücre. Bu şekil Lichtenstein ve ark. değiştirildi 5 <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56718/56718fig5large.jpg" target="_blank">Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56718/56718fig6.jpg"> 
Şekil 6: Saf Ba vs Ba-Bi alaşım(Ba x 0,05 =) emf değeri ayarlama. Elektromotor kuvvet (EII) ölçülen sıcaklık bir Ba(s) kullanarak bir fonksiyonu olarak | CaF2- BaF2| Ba-Bi (xBa = 0,05) hücre. Bu şekil Lichtenstein ve ark. değiştirildi 5 <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56718/56718fig6large.jpg" target="_blank">Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56718/56718fig7.jpg"> 
Şekil 7: Emf ölçümleri Ba-Bi alaşımlar (Ba x = 0,05 - 0,25). Elektromotor kuvvet (Ehücre) Ba-Bi için sıcaklık fonksiyonu olarak alaşımlar xBa = 0,05, 0,10, 0.15, 0,20 ve bir Ba(s) göre 0,25 | CaF2- BaF2| Ba-Bi (XBa = 0,05 - 0,25), düz çizgiler doğrusal uygun temsil nerede. Bu şekil Lichtenstein ve ark. değiştirildi 5 <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56718/56718fig7large.jpg" target="_blank">Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.</a>
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56718/56718fig8.jpg"> 
Şekil 8: Ba-Bi faz diyagramı. Deneysel olarak kararlı Ba-Bi faz diyagramı dayalı emf ölçümlerde tamamlayıcı Ba-Bi alaşımlar, DSC ve XRD karakterizasyonu üzerine nerede (rt) ve (ht) oda sıcaklığında ve yüksek sıcaklık, sırasıyla temsil eder. Bu şekil Lichtenstein ve ark. değiştirildi 5 <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56718/56718fig8large.jpg" target="_blank">Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.</a>
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td> Ba x</td>
			<td>T (K)</td>
			<td>∂Ehücre/∂T (μV K\u20121)</td>
			<td>∂(ECell/T)/∂(1/T) (mV)</td>
			<td><img alt="Equation 16" src="/files/ftp_upload/56718/56718eq16.jpg">(J mol\u20121 K\u20121)</td>
			<td><img alt="Equation 17" src="/files/ftp_upload/56718/56718eq17.jpg">(kJ mol\u20121)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>0,05</td>
			<td>707-938</td>
			<td>197 ± 6</td>
			<td>1011 ± 5</td>
			<td>38</td>
			<td>-195.1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>0,1</td>
			<td>704-1048</td>
			<td>137 ± 1</td>
			<td>1031 ± 1</td>
			<td>26,4</td>
			<td>-199</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>0,15</td>
			<td>728-1048</td>
			<td>125 ± 2</td>
			<td>1005 ± 2</td>
			<td>24,1</td>
			<td>-193.9</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>0,2</td>
			<td>809-1048</td>
			<td>94 ± 7</td>
			<td>984 ± 6</td>
			<td>18,1</td>
			<td>-189.9</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>0,25</td>
			<td>881-1048</td>
			<td>73.4 ± 5</td>
			<td>961 ± 5</td>
			<td>14,2</td>
			<td>-185.4</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>0,25</td>
			<td>704-881</td>
			<td>-480 ± 14</td>
			<td>1448 ± 13</td>
			<td>-92.6</td>
			<td>-279.4</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>
Tablo 1: Ba-Bi alaşımlarının termodinamik özellikleri (xBa = 0,05 - 0,25). Kısmi molar entropies değişiklik (<img alt="Equation 16" src="/files/ftp_upload/56718/56718eq16.jpg">) ve kısmi molar enthalpies (<img alt="Equation 17" src="/files/ftp_upload/56718/56718eq17.jpg">) besteleri xBa Ba-Bi için alaşım xBa 0,05 = emf değerleri, doğrusal uygun hesaplanan 0.25 = nerede yamaçları ve yakaladığını vardır <img alt="Equation 18" src="/files/ftp_upload/56718/56718eq18.jpg"> ve <img alt="Equation 19" src="/files/ftp_upload/56718/56718eq19.jpg"> </img>, anılan sıraya göre. Bu tablo Lichtenstein ve arkdeğiştirildi. 5
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td rowspan="2"> Ba x</td>
			<td colspan="3">E (V)</td>
			<td colspan="3">LN bir Ba</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>773 K</td>
			<td>873 K</td>
			<td>973 K</td>
			<td>773 K</td>
			<td>873 K</td>
			<td>973 K</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>0,05</td>
			<td>1.164</td>
			<td>1.183</td>
			<td>1.203</td>
			<td>-35</td>
			<td>-31.5</td>
			<td>-28.7</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>0,10</td>
			<td>1.137</td>
			<td>1.15</td>
			<td>1.164</td>
			<td>-34.1</td>
			<td>-30.6</td>
			<td>-27.8</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>0,15</td>
			<td>1.101</td>
			<td>1.114</td>
			<td>1.127</td>
			<td>-33</td>
			<td>-29.6</td>
			<td>-26.9</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>0,20</td>
			<td>1.075</td>
			<td>1.066</td>
			<td>1.076</td>
			<td>-32.2</td>
			<td>-28.3</td>
			<td>-25.7</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>0,25</td>
			<td>1.075</td>
			<td>1.027</td>
			<td>1.032</td>
			<td>-32.2</td>
			<td>-27.3</td>
			<td>-24.6</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>
Tablo 2: ölçülen emf değerleri (E) ve baryum bizmut içinde faaliyet doğal günlük (ln birBa). Ba-Bi alaşımları ölçülen emf değerleri (xBa = 0,05 - 0,25) karşı Ba(s) ve baryum bizmut 773 K, 873 K ve 973 K. içinde faaliyet doğal günlük Bu tablo Lichtenstein ve ark. değiştirildi 5
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td colspan="2"> Ba x mol fraksiyonu</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nominal</td>
			<td>Ölçülen</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>0.03</td>
			<td>0.03</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>0,05</td>
			<td>0,05</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>0,10</td>
			<td>0,09</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>0,15</td>
			<td>0,14</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>0,20</td>
			<td>0,20</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>0,25</td>
			<td>0,25</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>0,30</td>
			<td>0,30</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>
Tablo 3: Nominal ve ölçülen baryum içerik Ba-Sb ikili alaşımların. Ba-Sb ikili alaşımları ölçülen ve nominal baryum içeriği. Baryum içerik Ba-Sb alaşımlarının İndüktif kullanarak plazma atomik emissio birleştiğinde doğrulandın spektroskopisi (ICP-AES). Bu tablo Lichtenstein ve ark. değiştirildi 12

Watch this Scientific Journal Video about Determination of Thermodynamic Properties of Alkaline Earth-liquid Metal Alloys Using the Electromotive Force Technique at JoVE.com

Determination of Thermodynamic Properties of Alkaline Earth-liquid Metal Alloys Using the Electromotive Force Technique

Bu protokolünü açıklar yüksek sıcaklıklarda (723-1.123 termodinamik özellikleri faaliyet, kısmi molar entropi, kısmi molar dahil, belirlemek için K) sıvı metal alaşımlar, alkali toprak elementleri Elektromotor kuvveti ölçümü entalpi ve faz geçiş sıcaklıklar, geniş kompozisyon aralığı boyunca.

Alkali toprak-sıvı Metal alaşımlar Elektromotor kuvvet tekniği kullanılarak termodinamik özelliklerinin belirlenmesi

A novel electrochemical cell based on a CaF2 solid-state electrolyte has been developed to measure the electromotive force (emf) of binary alkaline ...

determination-thermodynamic-properties-alkaline-earth-liquid-metal

Research

Education

JoVE Core

JoVE Journal

Chemistry

Organic Chemistry

Physics

Unit 1

Thermodynamics and Chemical Kinetics

The Second Law of Thermodynamics

Thermochemistry

Electrochemistry

SCIENTISTS IN ACTION

13.1K Görüntüleme.  The Pennsylvania State University. Bu protokolünü açıklar yüksek sıcaklıklarda (723-1.123 termodinamik özellikleri faaliyet, kısmi molar entropi, kısmi molar dahil, belirlemek için K) sıvı metal alaşımlar, alkali toprak elementleri Elektromotor kuvveti ölçümü entalpi ve faz geçiş sıcaklıklar, geniş kompozisyon aralığı boyunca.

Video: Determination of Thermodynamic Properties of Alkaline Earth-liquid Metal Alloys Using the Electromotive Force Technique

Metal-silicate Partitioning at High Pressure and Temperature: Experimental Methods and a Protocol to Suppress Highly Siderophile Element Inclusions

Estimates of the primitive upper mantle (PUM) composition reveal a depletion in many of the siderophile (iron-loving) elements, thought to result from their extraction to the core during terrestrial accretion. Experiments to investigate the partitioning of these elements between metal and silicate melts suggest that the PUM composition is best matched if metal-silicate equilibrium occurred at high pressures and temperatures, in a deep magma ocean environment. The behavior of the most highly siderophile elements (HSEs) during this process however, has remained enigmatic. Silicate run-products from HSE solubility experiments are commonly contaminated by dispersed metal inclusions that hinder the measurement of element concentrations in the melt. The resulting uncertainty over the true solubility and metal-silicate partitioning of these elements has made it difficult to predict their expected depletion in PUM. Recently, several studies have employed changes to the experimental design used for high pressure and temperature solubility experiments in order to suppress the formation of metal inclusions. The addition of Au (Re, Os, Ir, Ru experiments) or elemental Si (Pt experiments) to the sample acts to alter either the geometry or rate of sample reduction respectively, in order to avoid transient metal oversaturation of the silicate melt. This contribution outlines procedures for using the piston-cylinder and multi-anvil apparatus to conduct solubility and metal-silicate partitioning experiments respectively. A protocol is also described for the synthesis of uncontaminated run-products from HSE solubility experiments in which the oxygen fugacity is similar to that during terrestrial core-formation. Time-resolved LA-ICP-MS spectra are presented as evidence for the absence of metal-inclusions in run-products from earlier studies, and also confirm that the technique may be extended to investigate Ru. Examples are also given of how these data may be applied.

We present a procedure to determine the metal-silicate partitioning of siderophile elements, emphasizing techniques that suppress the formation of metal inclusions in experiments for the noble metals. The results of these experiments are used to demonstrate the effect of core-formation on the highly siderophile element composition of the mantle.

Deneysel Yöntemlerle ve yüksek Siderophile Eleman kapsama alınan terimler bastır için Protokolün: Yüksek Basınç ve Sıcaklık metal-silikat bölümleme

Estimates of the primitive upper mantle (PUM) composition reveal a depletion in many of the siderophile (iron-loving) elements, thought to result from ...

Kimya

Ultrasound Velocity Measurement in a 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 more difficult than measuring the flow of a transparent fluid, since optical methods are not applicable. Ultrasound can be used to measure the velocity of an opaque fluid, not only at isolated points, but at hundreds or thousands of points arrayed along lines, with good temporal resolution. When applied to a liquid metal electrode, ultrasound velocimetry involves additional challenges: high temperature, chemical activity, and electrical conductivity. Here we describe the experimental apparatus and methods that overcome these challenges and allow the measurement of flow in a liquid metal electrode, as it conducts current, at operating temperature. Temperature is regulated within &#177;2 &#176;C using a Proportional-Integral-Derivative (PID) controller that powers a custom-built furnace. Chemical activity is managed by choosing vessel materials carefully and enclosing the experimental setup in an argon-filled glovebox. Finally, unintended electrical paths are carefully prevented. An automated system logs control settings and experimental measurements, using hardware trigger signals to synchronize devices. This apparatus and these methods can produce measurements that are impossible with other techniques, and allow optimization and control of electrochemical technologies like liquid metal batteries.

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.

Sıvı Metal Elektrot Ultrason Hızı Ölçümü

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 ...

Mühendislik

A Method to Manipulate Surface Tension of a Liquid Metal via Surface Oxidation and Reduction

Controlling interfacial tension is an effective method for manipulating the shape, position, and flow of fluids at sub-millimeter length scales, where interfacial tension is a dominant force. A variety of methods exist for controlling the interfacial tension of aqueous and organic liquids on this scale; however, these techniques have limited utility for liquid metals due to their large interfacial tension.
Liquid metals can form soft, stretchable, and shape-reconfigurable components in electronic and electromagnetic devices. Although it is possible to manipulate these fluids via mechanical methods (e.g., pumping), electrical methods are easier to miniaturize, control, and implement. However, most electrical techniques have their own constraints: electrowetting-on-dielectric requires large (kV) potentials for modest actuation, electrocapillarity can affect relatively small changes in the interfacial tension, and continuous electrowetting is limited to plugs of the liquid metal in capillaries.
Here, we present a method for actuating gallium and gallium-based liquid metal alloys via an electrochemical surface reaction. Controlling the electrochemical potential on the surface of the liquid metal in electrolyte rapidly and reversibly changes the interfacial tension by over two orders of magnitude ( &#820;500 mN/m to near zero). Furthermore, this method requires only a very modest potential (&#60; 1 V) applied relative to a counter electrode. The resulting change in tension is due primarily to the electrochemical deposition of a surface oxide layer, which acts as a surfactant; removal of the oxide increases the interfacial tension, and vice versa. This technique can be applied in a wide variety of electrolytes and is independent of the substrate on which it rests.

We present a method to control the interfacial energy of a liquid metal in an electrolyte via electrochemical deposition (or removal) of a surface oxide layer. This simple method can control the capillary behavior of gallium-based liquid metals by tuning the interfacial energy rapidly, significantly, and reversibly using modest voltages.

Bir Yöntem Yüzey Oksidasyon ve İndirgeme yoluyla Sıvı Metal Yüzey Gerilim işleyin

Controlling interfacial tension is an effective method for manipulating the shape, position, and flow of fluids at sub-millimeter length scales, where ...

Metal Corrosion and the Efficiency of Corrosion Inhibitors in Less Conductive Media

Material corrosion can be a limiting factor for different materials in many applications. Thus, it is necessary to better understand corrosion processes, prevent them and minimize the damages associated with them. One of the most important characteristics of corrosion processes is the corrosion rate. The measurement of corrosion rates is often very difficult or even impossible especially in less conductive, non-aqueous environments such as biofuels. Here, we present five different methods for the determination of corrosion rates and the efficiency of anti-corrosion protection in biofuels: (i) a static test, (ii) a dynamic test, (iii) a static test with a reflux cooler and electrochemical measurements (iv) in a two-electrode arrangement and (v) in a three-electrode arrangement. The static test is advantageous due to its low demands on material and instrumental equipment. The dynamic test allows for the testing of corrosion rates of metallic materials at more severe conditions. The static test with a reflux cooler allows for the testing in environments with higher viscosity (e.g., engine oils) at higher temperatures in the presence of oxidation or an inert atmosphere. The electrochemical measurements provide a more comprehensive view on corrosion processes. The presented cell geometries and arrangements (the two-electrode and three-electrode systems) make it possible to perform measurements in biofuel environments without base electrolytes that could have a negative impact on the results and load them with measurement errors. The presented methods make it possible to study the corrosion aggressiveness of an environment, the corrosion resistance of metallic materials, and the efficiency of corrosion inhibitors with representative and reproducible results. The results obtained using these methods can help to understand corrosion processes in more detail to minimize the damages caused by corrosion.

The testing of processes associated with material corrosion can often be difficult especially in non-aqueous environments. Here, we present different methods for short-term and long-term testing of corrosion behavior of non-aqueous environments such as biofuels, especially those containing bioethanol.

Metal korozyon ve korozyon inhibitörleri daha az iletken medya verimliliğini

Material corrosion can be a limiting factor for different materials in many applications. Thus, it is necessary to better understand corrosion processes, ...

Çevre

Synthesis of Ionic Liquid Based Electrolytes, Assembly of Li-ion Batteries, and Measurements of Performance at High Temperature

The chemical instability of the traditional electrolyte remains a safety issue in widely used energy storage devices such as Li-ion batteries. Li-ion batteries for use in devices operating at elevated temperatures require thermally stable and non-flammable electrolytes. Ionic liquids (ILs), which are non-flammable, non-volatile, thermally stable molten salts, are an ideal replacement for flammable and low boiling point organic solvent electrolytes currently used today. We herein describe the procedures to: 1) synthesize mono- and di-phosphonium ionic liquids paired with chloride or bis(trifluoromethane)sulfonimide (TFSI) anions; 2) measure the thermal properties and stability of these ionic liquids by differential scanning calorimetry (DSC) and thermal gravimetric analysis (TGA); 3) measure the electrochemical properties of the ionic liquids by cyclic voltammetry (CV); 4) prepare electrolytes containing lithium bis(trifluoromethane)sulfonamide; 5) measure the conductivity of the electrolytes as a function of temperature; 6) assemble a coin cell battery with two of the electrolytes along with a Li metal anode and LiCoO2 cathode; and 7) evaluate battery performance at 100 &#176;C. We additionally describe the challenges in execution as well as the insights gained from performing these experiments.

Here, we describe protocols to prepare phosphonium-based ionic liquid and lithium bis(trifluoromethane)sulfonimide salt electrolytes, and assemble a non-flammable and high temperature functioning lithium-ion coin cell battery.

İyonik Sıvı Bazlı Elektrolitlerin Sentezi Li-ion Piller, Meclis ve Yüksek Sıcaklığında Performans Ölçümleri

The chemical instability of the traditional electrolyte remains a safety issue in widely used energy storage devices such as Li-ion batteries. Li-ion ...

A Novel Method for In Situ Electromechanical Characterization of Nanoscale Specimens

Electrically assisted deformation (EAD) is increasingly being used to improve the formability of metals during processes such as sheet metal rolling and forging. Adoption of this technique is proceeding despite disagreement concerning the underlying mechanism responsible for EAD. The experimental procedure described herein enables a more explicit study compared to previous EAD research by removing thermal effects, which are responsible for disagreement in interpreting previous EAD results. Furthermore, as the procedure described here enables EAD observation in situ and in real time in a transmission electron microscope (TEM), it is superior to existing post-mortem methods that observe EAD effects post-test. Test samples consist of a single crystal copper (SCC) foil having a free-standing tensile test section of nanoscale thickness, fabricated using a combination of laser and ion beam milling. The SCC is mounted to an etched silicon base that provides mechanical support and electrical isolation while serving as a heat sink. Using this geometry, even at high current density (~3,500 A/mm2), the test section experiences a negligible temperature increase (&#60;0.02 &#176;C), thus eliminating Joule heating effects. Monitoring material deformation and identifying the corresponding changes to microstructures, e.g. dislocations, are accomplished by acquiring and analyzing a series of TEM images. Our sample preparation and in situ experiment procedures are robust and versatile as they can be readily utilized to test materials with different microstructures, e.g., single and polycrystalline copper.

A Novel Method for In Situ Electromechanical Characterization of Nanoscale Specimens

Isolating electrical and thermal effects on electrically assisted deformation (EAD) is very difficult using macroscopic samples. Metallic sample micro- and nanostructures together with a custom test procedure have been developed to evaluate the impact of applied current on the formation without joule heating and evolution of dislocations on these samples.

Için yeni bir yöntem<em&gt; Yerinde</emNanoscale Örneklerinin Elektromekanik Karakterizasyonu

Electrically assisted deformation (EAD) is increasingly being used to improve the formability of metals during processes such as sheet metal rolling and ...

In Situ Lithiated Reference Electrode: Four Electrode Design for In-operando Impedance Spectroscopy

Extending operating voltage of Li-ion batteries results in higher energy output from these devices. High voltages, however, may trigger or accelerate multiple processes responsible for long-term performance decay. Given the complexity of physical processes occurring inside the cell, it is often challenging to achieve a full understanding of the root causes of this performance degradation. This difficulty arises in part from the fact that any electrochemical measurement of a battery will return the combined contributions of all components in the cell. Incorporation of a reference electrode can solve part of the problem, as it allows the electrochemical reactions of the cathode and the anode to be individually probed. A variation in the voltage range experienced by the cathode, for example, can indicate alterations in the pool of cyclable lithium ions in the full-cell. The structural evolution of the many interphases existing in the battery can also be monitored, by measuring the contributions of each electrode to the overall cell impedance. Such wealth of information amplifies the reach of diagnostic analysis in Li-ion batteries and provides valuable input to the optimization of individual cell components. In this work, we introduce the design of a test cell able to accommodate multiple reference electrodes, and present reference electrodes that are appropriate for each specific type of measurement, detailing the assembly process in order to maximize the accuracy of the experimental results.

The incorporation of reference electrodes in a Li-ion battery provides valuable information to elucidate degradation mechanisms at high voltages. In this article, we present a cell design that accommodates multiple reference electrodes, along with the assembly steps to assure maximum accuracy of the data obtained in electrochemical measurements.

İn Situ Lithiated referans elektrot: Dört elektrot tasarım operando empedans spektroskopisi için

Extending operating voltage of Li-ion batteries results in higher energy output from these devices. High voltages, however, may trigger or accelerate ...

Identification and Quantification of Decomposition Mechanisms in Lithium-Ion Batteries; Input to Heat Flow Simulation for Modeling Thermal Runaway

The risks and possible accidents related to the normal use of lithium-ion batteries remain a serious concern. In order to get a better understanding of thermal runaway (TR), the exothermic decomposition reactions in anode and cathode were studied, using a Simultaneous Thermal Analysis (STA)/Gas Chromatography-Mass Spectrometry (GC-MS)/Fourier Transform Infrared (FTIR) spectrometer system. These techniques allowed the identification of the reaction mechanisms in each electrode, owing to the analysis of evolved gaseous species, the amount of heat released and mass loss. These results provided insight into the thermal events happening within a broader temperature range than covered in previously published models. This allowed the formulation of an improved thermal model to depict TR. The heat of reaction, activation energy, and frequency factor (thermal triplets) for each major exothermic process at material level were investigated in a Lithium Nickel-Manganese-Cobalt-Oxide (NMC (111))-Graphite battery cell. The results were analyzed, and their kinetics were derived. These data can be used to successfully simulate the experimental heat flow.

This work aims at determining the reaction kinetics of Li-ion battery cathode and anode materials undergoing thermal runaway (TR). Simultaneous Thermal Analysis (STA)/Fourier Transform Infrared (FTIR) spectrometer/Gas Chromatography Mass Spectrometry (GC-MS) were used to reveal thermal events and to detect evolved gases.

lityum-iyon pillerde ayrışma mekanizmalarının tanımlanması ve miktarının belirlenmesi; Termal Kaçağın Modellenmesi için Isı Akışı Simülasyonuna Giriş

The risks and possible accidents related to the normal use of lithium-ion batteries remain a serious concern. In order to get a better understanding of ...

Co-localizing Kelvin Probe Force Microscopy with Other Microscopies and Spectroscopies: Selected Applications in Corrosion Characterization of Alloys

Kelvin probe force microscopy (KPFM), sometimes referred to as surface potential microscopy, is the nanoscale version of the venerable scanning Kelvin probe, both of which measure the Volta potential difference (VPD) between an oscillating probe tip and a sample surface by applying a nulling voltage equal in magnitude but opposite in sign to the tip-sample potential difference. By scanning a conductive KPFM probe over a sample surface, nanoscale variations in surface topography and potential can be mapped, identifying likely anodic and cathodic regions, as well as quantifying the inherent material driving force for galvanic corrosion.
Subsequent co-localization of KPFM Volta potential maps with advanced scanning electron microscopy (SEM) techniques, including back scattered electron (BSE) images, energy dispersive spectroscopy (EDS) elemental composition maps, and electron backscattered diffraction (EBSD) inverse pole figures can provide further insight into structure-property-performance relationships. Here, the results of several studies co-localizing KPFM with SEM on a wide variety of alloys of technological interest are presented, demonstrating the utility of combining these techniques at the nanoscale to elucidate corrosion initiation and propagation.
Important points to consider and potential pitfalls to avoid in such investigations are also highlighted: in particular, probe calibration and the potential confounding effects on the measured VPDs of the testing environment and sample surface, including ambient humidity (i.e., adsorbed water), surface reactions/oxidation, and polishing debris or other contaminants. Additionally, an example is provided of co-localizing a third technique, scanning confocal Raman microscopy, to demonstrate the general applicability and utility of the co-localization method to provide further structural insight beyond that afforded by electron microscopy-based techniques.

Kelvin probe force microscopy (KPFM) measures surface topography and differences in surface potential, while scanning electron microscopy (SEM) and associated spectroscopies can elucidate surface morphology, composition, crystallinity, and crystallographic orientation. Accordingly, the co-localization of SEM with KPFM can provide insight into the effects of nanoscale composition and surface structure on corrosion.

Kelvin Probu Kuvvet Mikroskobunun Diğer Mikroskoplar ve Spektroskopilerle Birlikte Lokalize Edilmesi: Alaşımların Korozyon Karakterizasyonunda Seçilmiş Uygulamalar

Kelvin probe force microscopy (KPFM), sometimes referred to as surface potential microscopy, is the nanoscale version of the venerable scanning Kelvin ...

Redoks Aktif MOF'ların Manyetometrik Karakterizasyonu Katı Hal Elektrokimyası

Magnetometric Characterization of Intermediates in the Solid-State Electrochemistry of Redox-Active Metal-Organic Frameworks

Electrochemical energy storage has been a widely discussed application of redox-active metal-organic frameworks (MOFs) in the past 5 years. Although MOFs show outstanding performance in terms of gravimetric or areal capacitance and cyclic stability, unfortunately their electrochemical mechanisms are not well understood in most cases. Traditional spectroscopic techniques, such as X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and X-ray absorption fine structure (XAFS), have only provided vague and qualitative information about valence changes of certain elements, and the mechanisms proposed based on such information are often highly disputable. In this article, we report a series of standardized methods, including the fabrication of solid-state electrochemical cells, electrochemistry measurements, the disassembly of cells, the collection of MOF electrochemical intermediates, and physical measurements of the intermediates under the protection of inert gases. By using these methods for quantitatively clarifying the electronic and spin state evolution within a single electrochemical step of redox-active MOFs, one can provide clear insight into the nature of electrochemical energy storage mechanisms not only for MOFs, but also for all other materials with strongly correlated electronic structures.

Yazar Spotlight: Redoks Aktif Metal-Organik Çerçevelerin Katı Hal Elektrokimyasında Ara Ürünlerin Manyetometrik Karakterizasyonu  

Ex situ magnetic surveys can directly provide bulk and local information on a magnetic electrode to reveal its charge storage mechanism step by step. Herein, electron spin resonance (ESR) and magnetic susceptibility are demonstrated to monitor the evaluation of paramagnetic species and their concentration in a redox-active metal-organic framework (MOF).

Redoks-Aktif Metal-Organik Çerçevelerin Katı Hal Elektrokimyasında Ara Ürünlerin Manyetometrik Karakterizasyonu

Electrochemical energy storage has been a widely discussed application of redox-active metal-organic frameworks (MOFs) in the past 5 years. Although MOFs ...

Alkali toprak-sıvı Metal alaşımlar Elektromotor kuvvet tekniği kullanılarak termodinamik özelliklerinin belirlenmesi

Özet

Daha Fazla Video Keşfet

PLAYLIST