بروتوكول لالكهروكيميائية التقييمات والدولة من تهمة تشخيص ومتماثل العضوية الأكسدة والاختزال تدفق البطارية

الهدف العام لبروتوكول الفيديو هذا هو إظهار الأداء الكهروكيميائي وتشخيص حالة الشحن المستندة إلى الأشعة تحت الحمراء لتحويل فورييه لبطارية تدفق الأكسدة والاختزال المتماثلة وغير المائية القائمة على PTIO. لذلك يمكن لهذه الطريقة الإجابة على الأسئلة الرئيسية في مجال تخزين طاقة الشبكة ، مثل كيف يمكن للأشخاص التأكد من أن بطارية التدفق تعمل بأمان وموثوقية ، خاصة في العمليات طويلة المدى. الميزة الرئيسية لهذه التقنية هي أنه يمكن تحديد حالة شحن البطارية من خلال التحليل الطيفي بالأشعة تحت الحمراء لتحويل فورييه البسيط والفعال من حيث التكلفة والذي يمكن أيضا تكامله للمراقبة في الوقت الفعلي.

بشكل عام ، سيكافح الأفراد الجدد في هذه التقنية لأنه في بطاريات التدفق ، سيكون للمذيب والإلكتروليتات الداعمة تداخلات قوية جدا أثناء القياس الكمي للمادة الكهربائية. خطرت لنا هذه الفكرة لأول مرة عندما اكتشفنا أن PTIO لديه ذروة امتصاص يمكن تمييزها عن المذيب والملح وهي من بين حالات الأكسدة الأخرى. يتم إجراء جميع الاختبارات الكهروكيميائية ، بما في ذلك قياس الجهد الدوري في خلايا التدفق ، في صندوق قفازات مملوء بالأرجون بمستويات ماء وأكسجين أقل من جزء في المليون.

قم بتجميع إعداد قياس الفولتامتر الدوري في قارورة سعة 25 مليلتر ، ثلاثية العنق ، على شكل كمثرى ، مع قطب كهربائي يعمل من الكربون الزجاجي المصقول ، وقطب كهربائي مضاد لشريط شعر الجرافيت ، وقطب كهربائي مرجعي من الفضة والفضة 10 ملليمول. بعد ذلك ، قم بإذابة 52 ملليغرام من PTIO و 0.87 جرام من رباعي بوتيلامونيوم سداسي فلورو فوسفات في 1.1 جرام من الأسيتونيتريل. أضف ثلاثة ملليلتر من هذا المحلول إلى القارورة لغمر أطراف الأقطاب الكهربائية الثلاثة.

قم بتوصيل الأقطاب الكهربائية بمحطة عمل كهروكيميائية. قم بقياس منحنيات قياس الفولتامتر الدوري في نطاق الجهد من سالب 1.75 إلى 0.75 فولت بمعدل مسح 100 مللي فولت في الثانية. الفجوة المحتملة بين زوجي الأكسدة والاختزال هي جهد الخلية النظري لبطارية تدفق PTIO.

لتجميع خلية التدفق ، قم أولا بقص لباد الجرافيت إلى مساحة واحدة × 10 سنتيمترات مربعة باستخدام شفرة حلاقة. وبالمثل ، قم بقطع فاصل مسامي إلى مساحة ثلاثة × 12 سنتيمترا مربعا وحشيتين ، لكل منهما ثقب واحد في 10 سنتيمترات مربعة لاستيعاب لباد الجرافيت. جفف أجزاء بطارية التدفق في فرن مفرغ على حرارة 70 درجة مئوية طوال الليل.

في اليوم التالي ، انقل الأجزاء إلى صندوق القفازات واتركها تبرد إلى درجة الحرارة البيئية. قم بتجميع خلية التدفق باستخدام مفتاح عزم الدوران ، المضبوطة مسبقا عند 125 بوصة رطلا. ثم قم بتوصيل أنابيب تدفق الإلكتروليت بخلية التدفق.

لإجراء اختبار خلية التدفق ، قم بإذابة 1.05 جرام من PTIO و 3.60 جرام TBAPF6 في 3.60 جرام من الأسيتونيتريل في صندوق القفازات. ثم أضف أربعة ملليلتر من المحلول إلى كل قارورة زجاجية. تدفق الإلكتروليتات بمعدل 20 مل في الدقيقة.

قم بتوصيل مجمعات التيار الموجب والسالب لخلية التدفق بمحطة عمل كهروكيميائية. قم بقياس التحليل الطيفي للمقاومة الكهروكيميائية لخلية التدفق في نطاق التردد من 100 كيلو هرتز إلى هرتز واحد عند جهد الدائرة المفتوحة. تعتبر قطع الجهد لخلايا التدفق هذه حساسة نسبيا للخلية عن طريق اختلاف الخلية في المقاومة وتحتاج إلى تعديلها في الدورة الأولى لكل خلية لتجنب الشحن الزائد.

قم بتوصيل مجمعات التيار الموجب والسالب لخلية التدفق بجهاز اختبار البطارية. قم بإعداد انقطاعات الجهد من 0.8 و 2.2 فولت في تيار ثابت قدره 20 مللي أمبير لكل سنتيمتر مربع في برنامج تشغيل البطارية. شحن وتفريغ خلية تدفق PTIO بشكل متكرر.

قم بإعداد عينة مذيب الأسيتونيتريل ، ومحلول إلكتروليت TBAPF6 1.0 مولار ، ومحلول إلكتروليت 0.5 مولار PTIO ، 1.0 مولار TBAPF6 في صندوق القفازات. نظرا لأن شحنة أنواع PTIO حساسة للهواء ، يجب استخدام خلايا FTIR القابلة للغلق لتجنب ملامسة الهواء. يوصى باستخدام حاوية محكمة الغلق عند نقل خلية FTIR خارج صندوق القفازات إلى مطياف FTIR.

أضف حجما صغيرا من كل محلول إلى خلية FTIR قابلة للغلق مع نوافذ بروميد البوتاسيوم وطول مسار يبلغ 0.2 ملم. أغلق خلية FTIR وضع خلية FTIR في حاوية تخزين وانقلها خارج صندوق القفازات. قم بتركيب خلية FTIR على مقياس طيف وتابع تجميع طيف FTIR.

ثم قارن بين أطياف FTIR المكتسبة من الأسيتونيتريل ، 1.0 مولار TBAPF6 و 0.5 مولي PTIO ، 1.0 مولي TBAPF6 المنحل بالكهرباء. بعد ذلك ، أضف 4.0 مل من محلول PTIO 0.5 molar و 1.0 molar TBAPF6 إلى كل قارورة زجاجية. تدفق الإلكتروليتات بمعدل 20 مل في الدقيقة.

اشحن خلية التدفق بالكامل حتى يصل الجهد إلى 2.2 فولت. ثم أوقف الشحن في المضخة واجمع الإلكتروليتات الموجبة والسالبة. قم بقياس أطياف FTIR لكل من الإلكتروليتات الموجبة والسالبة كما كان من قبل.

قارن أطياف FTIR الخاصة بهم مع تلك الخاصة بحل PTIO الأصلي. من خلال العمل في صندوق القفازات ، قم بإعداد سلسلة من حلول PTIO في 1.0 molar TBAPF6 في الأسيتونيتريل. قم بقياس ومقارنة أطياف FTIR لكل من الحلول للحصول على منحنى المعايرة.

لقياس حالة الشحن ، قم أولا بتجميع خلية تدفق أخرى. أضف 11 مل من محلول PTIO 0.5 مولار ، 1.0 مولار TBAPF6 إلى كل قارورة زجاجية. تدفق الإلكتروليتات بمعدل 20 مل في الدقيقة.

اشحن خلية التدفق بتيار ثابت قدره 10 مللي أمبير لكل سنتيمتر مربع. في أوقات الشحن المختلفة ، أوقف شحنة الخلية وتدفق الإلكتروليت وخذ حصصا صغيرة من الإلكتروليتات من قوارير زجاجية جانبية anolyte و catholyte قبل استئناف الخلية. أخيرا ، قم بقياس ومقارنة أطياف FTIR للعينات الخمسة.

هنا الأداء الكهروكيميائي لخلية تدفق PTIO. تظهر خلية PTIO جهدا نظريا للخلية يبلغ 1.73 فولت من القياس الكهربائي الدوري. أدى التدوير عند 20 مللي أمبير لكل مركز مربع للخلية 0.5 مولارية إلى متوسط كفاءة كولومبية بنسبة 90٪ وكفاءة فولتية بنسبة 67٪ وكفاءة طاقة بنسبة 60٪ ومع ذلك ، أظهرت خلية التدفق تلاشي السعة.

يتم التحقق من صحة جدوى استخدام FTIR لتحديد SOC بواسطة FTIR peaK عند 1218 سنتيمترا عكوسيا. هنا ، المذيبات والملح لهما الحد الأدنى من التداخل مع PTIO. يمكن تمييز حالات الأكسدة الثلاث ل PTIO عن بعضها البعض.

لوغاريتم شدة الذروة اعتمادا خطيا على تركيز PTIO ويمكن استخدامه كمنحنى معايرة. تم تحديد تركيز PTIO وحالة شحن خلية تدفق PTIO على عدة فترات زمنية أثناء الشحن من خلال قياسات FTIR. يتم التحقق من دقة تحديد SOC المستند إلى FTIR عن طريق قياسات رنين دوران الإلكترون.

بمجرد إتقانها ، يمكن إجراء هذه التقنية في ثماني ساعات إذا تم إجراؤها بشكل صحيح. أثناء محاولة هذا الإجراء ، من المهم أن تتذكر تجنب التعرض للأكسجين أو الرطوبة للعينات. باتباع هذا الإجراء ، يمكن تنفيذ طرق أخرى ، مثل قياس FTIR كدالة لرقم الدورة من أجل الإجابة على أسئلة إضافية ، مثل الحالة الصحية وتدهور المواد.

بعد مشاهدة الفيديو ، يجب أن يكون لديك فهم جيد لكيفية تقييم الأداء الكهروكيميائي لكيمياء بطارية تدفق الأكسدة والاختزال وكيفية قياس SOC لبطاريات تدفق الأكسدة والاختزال التي تستخدم مواد الأكسدة والاختزال الحساسة FTIR.