Průtočný elektrochemický článek se třemi elektrodami a třemi oddělenými elektrodovými komorami

Kód výsledku v IS VaVaI

<a href="https://www.isvavai.cz/riv?ss=detail&h=RIV%2F60461373%3A22340%2F24%3A43929736" target="_blank" >RIV/60461373:22340/24:43929736 - isvavai.cz</a>

Výsledek na webu

—

DOI - Digital Object Identifier

—

Jazyk výsledku

čeština

Název v původním jazyce

Průtočný elektrochemický článek se třemi elektrodami a třemi oddělenými elektrodovými komorami

Popis výsledku v původním jazyce

Funkčnost konstrukčního řešení tříelektrodového tříkomorového průtočného elektrochemického článku byla ověřena v případě jeho využití pro průtočnou baterii zinek-vzduch. Tříelektrodový tříkomorový laboratorní článek zinko-vzduchové průtočné baterie je schematicky znázorněn na Obrázku 1. Distribuční rámeček 3a pro zápornou elektrodu, distribuční rámeček 3b pro kladnou nabíjecí elektrodu a distribuční rámeček 3c pro kladnou vybíjecí elektrodu s optimalizovanou geometrií rozvodných polí byly vyfrézovány z polyvinylchloridu. Záporná elektroda, která sestává z uhlíkovo-polymerní desky 4a PPG 86 (Eisenhuth) a uhlíkové plsti 5, je od kladné nabíjecí elektrody 8 oddělena pomocí aniontvýměnné membrány 6 FAAM-20 (Fumatech), která brání promíchávání obou elektrolytů a zkratování článku. Zbytek tohoto elektrodového prostoru vyplňuje polymerní statický mísič 7, který současně chrání tenkou membránu před mechanickým poškozením. K distribuci plynného reaktantu ke kladné vybíjecí elektrodě slouží uhlíková kompozitní deska 4b PPG 86 (Eisenhuth) s vyfrézovaným serpentinovým distribučním polem (kanálky o průřezu 1 mm × 1 mm a šířce žeber mezi jednotlivými kanálky 1 mm), geometrie rozvodného pole je znázorněna na Obrázku 2. Během nabíjení článku dochází na záporné elektrodě k depozici zinku ze silně alkalického vodného roztoku (0,7M ZnO v 8M KOH) na vhodný substrát (zde použita již zmíněná kompozitní deska bez rozvodného pole a uhlíková plst) za současného vývoje kyslíku na vhodné kladné nabíjecí elektrodě - zde Ni tahokov 8 kontaktovaný pomocí niklového sběrače proudu z Ni plechu 1. Během vybíjení článku je ve vzduch obsažený kyslík redukován na uhlíkové plynově difuzní elektrodě 10 na bázi komerční plynově difuzní vrstvy BC28 (SGL), děj lze intenzifikovat použitím vhodného elektrokatalyzátoru (zde Pt nanočástice na uhlíkovém nosiči o navážce 0.5 mg cm−2 s 60 hm.% obsahem PTFE pojiva). Kladné elektrody jsou vzájemně odděleny mikroporézním separátorem 9, zde použit Celgard 5500 (Celgard). Na záporné elektrodě při vybíjení současně dochází k oxidativnímu rozpuštění zinku. Článek dále obsahuje měděné proudové sběrače 2, izolační desky z PVC 11 a duralové stahovací desky 12 a je stažen za pomocí osmi šroubů a matek na moment síly 8 Nm. Zde prezentované experimenty byly prováděny pomocí potenciostatu/galvanostatu SP-300 (BioLogic). K přepínání kontaktu mezi oběma kyslíkovými elektrodami slouží elektrické zařízení vyrobené v naší skupině. Průtok obou elektrolytů byl 80 ml min–1, do článku je z tlakové láhve přiváděn technický vzduch o průtoku 200 ml min–1. Při konstantní pracovní teplotě 40 °C baterie poskytuje plošný odpor kolem 3 Ohm cm2, max. výkonovou hustotu 130 mW cm–2 a cca 33% energickou účinnost galvanostatického cyklu při 100 mA cm–2.

Název v anglickém jazyce

Flow-through electrochemical cell with three electrodes and three separate electrode chambers

Popis výsledku anglicky

The functionality of the three-electrode three-chamber flow cell design was verified in the case of its use for a zinc-air flow battery. The three-electrode three-chamber laboratory cell of the zinc-air flow battery is schematically shown in Figure 1. Distribution frame 3a for the negative electrode, distribution frame 3b for the positive charging electrode and distribution frame 3c for the positive discharging electrode with optimized geometry of the distribution fields were milled from polyvinyl chloride. The negative electrode, which consists of a carbon-polymer plate 4a PPG 86 (Eisenhuth) and a carbon felt 5, is separated from the positive charging electrode 8 by an anion-exchange membrane 6 FAAM-20 (Fumatech), which prevents mixing of the two electrolytes and short-circuiting of the cell. The rest of this electrode space is filled by a polymer static mixer 7, which also protects the thin membrane from mechanical damage. To distribute the gaseous reactant to the positive discharge electrode, a 4b PPG 86 (Eisenhuth) carbon composite plate with a milled serpentine distribution field (channels with a cross section of 1 mm × 1 mm and a fin width between each channel of 1 mm) is used; the geometry of the distribution field is shown in Figure 2. During charging of the cell, zinc is deposited on the negative electrode from a strongly alkaline aqueous solution (0.7M ZnO in 8M KOH) onto a suitable substrate (here used the already mentioned composite plate without a conduction field and carbon felt) with simultaneous development of oxygen on a suitable positive charging electrode - here Ni tensile metal 8 contacted by a nickel current collector from Ni sheet 1. During cell discharge, the oxygen in the air is reduced at the carbon gas diffusion electrode 10 based on a commercial gas diffusion layer BC28 (SGL), the process can be intensified by the use of a suitable electrocatalyst (here Pt nanoparticles on a carbon support of 0.5 mg cm-2 with 60 wt% PTFE binder). The positive electrodes are separated from each other by a microporous separator 9, here used Celgard 5500 (Celgard). On the negative electrode, oxidative dissolution of zinc occurs simultaneously during discharge. The cell also contains copper current collectors 2, PVC insulation plates 11 and duralumin withdrawal plates 12 and is withdrawn using eight bolts and nuts to a torque of 8 Nm. The experiments presented here were performed using an SP-300 potentiostat/galvanostat (BioLogic). An electrical device manufactured by our group is used to switch the contact between the two oxygen electrodes. The flow rate of the two electrolytes was 80 ml min-1, and technical air is supplied to the cell from a cylinder at a flow rate of 200 ml min-1. At a constant operating temperature of 40 °C, the battery provides an area resistance of about 3 Ohm cm2, a maximum power density of 130 mW cm-2 and about 33% energy efficiency of the galvanostatic cycle at 100 mA cm-2.

Druh

F_uzit - Užitný vzor

CEP obor

—

OECD FORD obor

20401 - Chemical engineering (plants, products)

Projekt

<a href="/cs/project/TK02030001" target="_blank" >TK02030001: Vývoj pokročilých průtočných elektrochemických úložišť energie</a><br>

Návaznosti

P - Projekt vyzkumu a vyvoje financovany z verejnych zdroju (s odkazem do CEP)

Rok uplatnění

2024

Kód důvěrnosti údajů

S - Úplné a pravdivé údaje o projektu nepodléhají ochraně podle zvláštních právních předpisů

Číslo patentu nebo vzoru

38010

Vydavatel

CZ001 -

Název vydavatele

Industrial Property Office

Místo vydání

Prague

Stát vydání

CZ - Česká republika

Datum přijetí

—

Název vlastníka

Vysoká škola chemicko-technologická v Praze, Praha 6, Dejvice, CZ

Způsob využití

A - Výsledek využívá pouze poskytovatel

Druh možnosti využití

P - Využití výsledku jiným subjektem je v některých případech možné bez nabytí licence