ভ্যানাডিয়াম রেডক্স ফ্লো ব্যাটারির জন্য সবচেয়ে কার্যকর ইলেক্ট্রোড উপাদান হল a পলিঅ্যাক্রিলোনিট্রিল-ভিত্তিক গ্রাফাইট বাতাসে 4 ঘন্টার জন্য 450 ডিগ্রি সেলসিয়াসে তাপীয়ভাবে সক্রিয় অনুভূত হয়েছিল . এই চিকিত্সা নির্দিষ্ট পৃষ্ঠ এলাকা বৃদ্ধি 6.5 m2 প্রতি গ্রাম , অক্সিজেন থেকে কার্বন পারমাণবিক অনুপাত বাড়ায় 0.12 , এবং এর একটি ভোল্টেজ দক্ষতা উত্পাদন করে 86.5 শতাংশ 100 mA প্রতি cm2 . ফলস্বরূপ ইলেক্ট্রোড 15,000 চার্জ-ডিসচার্জ চক্রের বেশি একটি চক্রের জীবনে 80 শতাংশের উপরে শক্তি দক্ষতা সরবরাহ করে, যা চিকিত্সা না করা অনুভূতের তুলনায় সরাসরি স্টোরেজের সমতলিত খরচ প্রায় 8 শতাংশ কমিয়ে দেয়।
ইলেকট্রোড উপাদান ফ্লো ব্যাটারির প্রয়োজনীয়তা
একটি ফ্লো ব্যাটারি ইলেক্ট্রোড অবশ্যই একটি তিন-ফেজ ইন্টারফেস প্রদান করবে যেখানে তরল ইলেক্ট্রোলাইট, কঠিন ইলেক্ট্রোড এবং বর্তমান সংগ্রাহক মিলিত হয়। কার্যকারিতা নিয়ন্ত্রণকারী প্রয়োজনীয় শারীরিক বৈশিষ্ট্যগুলির মধ্যে রয়েছে উচ্চ বৈদ্যুতিক পরিবাহিতা, ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল বিক্রিয়ার জন্য যথেষ্ট নির্দিষ্ট পৃষ্ঠের ক্ষেত্রফল, ইলেক্ট্রোলাইট দ্বারা ভাল আর্দ্রতা এবং উপরোক্ত সম্ভাবনাগুলিতে ঘনীভূত সালফিউরিক অ্যাসিডের বৈদ্যুতিক রাসায়নিক ক্ষয়ের চরম প্রতিরোধ। 1.5 V বনাম SHE .
- প্লেনের মাধ্যমে বৈদ্যুতিক পরিবাহিতা অতিক্রম করা উচিত 5 এস প্রতি সেমি 2 থেকে 4 মিমি একটি সাধারণ সংকুচিত বেধ জুড়ে ওমিক ক্ষতি কমাতে।
- অন্তত পৃষ্ঠের নির্দিষ্ট এলাকা প্রতি গ্রাম 3 মি 2 ব্যবহারিক বর্তমান ঘনত্বে প্রতি cm2 প্রতি 1 ohm এর নিচে চার্জ স্থানান্তর প্রতিরোধ বজায় রাখতে প্রয়োজন।
- 1.6 M ভ্যানাডিয়াম ইলেক্ট্রোলাইটের সাথে যোগাযোগের কোণটি নীচে নামতে হবে 60 ডিগ্রী সক্রিয়করণের পরে, সম্পূর্ণ ছিদ্র ভেজা এবং ব্যবহার নিশ্চিত করা।
- জারা হার অধীনে থাকা আবশ্যক 1 মাইক্রোগ্রাম প্রতি cm2 প্রতি ঘন্টা একটি 20-বছরের স্ট্যাক জীবনের গ্যারান্টি দেওয়ার ইতিবাচক দিক সম্ভাবনায়।
কার্বন ফেল্ট, কাগজ এবং কাপড়ের তুলনামূলক কর্মক্ষমতা
তিনটি কার্বন-ভিত্তিক সাবস্ট্রেট ফ্লো ব্যাটারি ইলেক্ট্রোডের উপর আধিপত্য বিস্তার করে। সক্রিয়করণের আগে তাদের কাঁচা বৈশিষ্ট্যগুলি দক্ষতার জন্য অর্জনযোগ্য সিলিং নির্দেশ করে। নীচের সারণীটি সবচেয়ে সাধারণ প্রকারের প্রাথমিক বৈশিষ্ট্যগুলিকে সংক্ষিপ্ত করে।
| উপাদান | প্রাথমিক সারফেস এরিয়া (m2/g) | বৈদ্যুতিক পরিবাহিতা (S/cm) | থ্রু-প্লেন ব্যাপ্তিযোগ্যতা (m2) |
|---|---|---|---|
| গ্রাফাইট অনুভূত | 0.5 থেকে 1.2 | 8.5 | 5 x 10 থেকে বিয়োগ 10 এর শক্তি |
| কার্বন পেপার | 0.2 থেকে 0.8 | 45.0 | 1 x 10 থেকে বিয়োগ 12 এর শক্তি |
| কার্বন কাপড় | 0.8 থেকে 2.0 | 12.0 | 8 x 10 থেকে বিয়োগ 10 এর শক্তি |
গ্রাফাইট অনুভূত তার উচ্চ ভলিউমেট্রিক ছিদ্র এবং কম খরচের জন্য পছন্দ করা হয়। কার্বন পেপার সর্বোচ্চ বাল্ক পরিবাহিতা অফার করে কিন্তু কম ব্যাপ্তিযোগ্যতা ভোগ করে, এটিকে শুধুমাত্র পাতলা ইলেক্ট্রোড সহ প্রবাহের মাধ্যমে সেল আর্কিটেকচারের জন্য উপযুক্ত করে তোলে। কার্বন কাপড় একটি ভারসাম্য প্রদান করে কিন্তু সীমিত কম্প্রেসিবিলিটি আছে, যার ফলে বাইপোলার প্লেটের সাথে যোগাযোগের প্রতিরোধ ক্ষমতা বেশি।
তাপ এবং রাসায়নিক সক্রিয়করণ কৌশল
অপরিশোধিত কার্বন ইলেক্ট্রোডগুলি হাইড্রোফোবিক এবং ইলেক্ট্রোক্যাটালিটিকভাবে জড়। অ্যাক্টিভেশন অক্সিজেন-ধারণকারী ফাংশনাল গ্রুপ যেমন কার্বনিল, কার্বক্সিল এবং হাইড্রোক্সিলকে প্রবর্তন করে যা ভ্যানাডিয়াম রেডক্স প্রতিক্রিয়ার জন্য সক্রিয় সাইট হিসাবে কাজ করে। স্ট্যান্ডার্ড থার্মাল অ্যাক্টিভেশন প্রোটোকল একটি সুনির্দিষ্ট ক্রম অনুসরণ করে।
- কক্ষ তাপমাত্রা থেকে অনুভূত গ্রাফাইট র্যাম্প 450 ডিগ্রি সে বায়ুমণ্ডলে প্রতি মিনিটে 5 ডিগ্রি সেলসিয়াস হারে।
- 450 ডিগ্রি সেলসিয়াসে ধরে রাখুন 4 ঘন্টা যান্ত্রিক অখণ্ডতার সাথে আপোস না করে 2 থেকে 3 শতাংশের ভর ক্ষতি অর্জন করতে।
- তাপীয় শক রোধ করতে অপসারণের আগে 80 ডিগ্রি সেলসিয়াসের নিচে প্রাকৃতিকভাবে শীতল করুন।
চিকিত্সার পরে, O থেকে C অনুপাত 0.03 থেকে বেড়ে যায় 0.12 , জল যোগাযোগ কোণ থেকে ড্রপ 125 ডিগ্রী থেকে 55 ডিগ্রী , এবং VO2 পজিটিভ থেকে VO2 পজিটিভ আয়ন বিক্রিয়ার জন্য সর্বোচ্চ বর্তমান ঘনত্ব বৃদ্ধি পায় 35 শতাংশ চক্রীয় ভোল্টমেট্রিতে। জন্য ফুটন্ত ঘনীভূত নাইট্রিক অ্যাসিড সঙ্গে অ্যাসিড চিকিত্সা 30 মিনিট অক্সিডেশনের অনুরূপ ডিগ্রী অর্জন করে তবে অবশিষ্ট নাইট্রেটগুলি ছেড়ে যেতে পারে যা ডিওনাইজড জলে কমপক্ষে 2 ঘন্টার জন্য ধুয়ে ফেলতে হবে।
ধাতু এবং ধাতু অক্সাইড অনুঘটক পরিবর্তন
সক্রিয় কার্বন পৃষ্ঠের উপর অনুঘটক ন্যানো পার্টিকেল জমা করা চার্জ স্থানান্তর প্রতিরোধকে আরও কমিয়ে দেয়। বিসমাথ, ইরিডিয়াম অক্সাইড এবং ম্যাঙ্গানিজ অক্সাইড হল সবচেয়ে বেশি অধ্যয়ন করা সংশোধক। একটি electrodeposited বিসমাথ লোডিং 15 মাইক্রোগ্রাম প্রতি cm2 অনুভূত ইলেক্ট্রোডে V3 পজিটিভ থেকে V2 পজিটিভ আয়ন হ্রাসের সূচনা সম্ভাবনাকে স্থানান্তরিত করে 60 mV এবং থেকে চার্জ স্থানান্তর প্রতিরোধের কম করে 2.8 ওহম প্রতি cm2 থেকে 1.2 ohm প্রতি cm2 .
ম্যাঙ্গানিজ অক্সাইড ন্যানোয়ারগুলি সরাসরি কার্বন ফাইবারগুলিতে হাইড্রোথার্মালিভাবে জন্মায় যা ইলেক্ট্রোডের নির্দিষ্ট ক্যাপ্যাসিট্যান্স বৃদ্ধি করে 45 F প্রতি cm2 , একটি স্থানীয় বাফারিং প্রভাব প্রদান করে যা একটি অতিরিক্ত দ্বারা ভোল্টেজ দক্ষতা উন্নত করে 2.5 শতাংশ পয়েন্ট উচ্চ হার স্পন্দন সময়. যাইহোক, এই অনুঘটকের দীর্ঘমেয়াদী স্থিতিশীলতা বারবার সম্ভাব্য সাইক্লিংয়ের অধীনে যাচাই করা আবশ্যক; ইরিডিয়াম অক্সাইড হারে দ্রবীভূত হয় প্রতি চক্রে 0.3 এনজি 2 এম সালফিউরিক অ্যাসিডের মধ্যে, যা পরে সনাক্তযোগ্য একটি কর্মক্ষমতা বিবর্ণ হতে পারে 2,000 চক্র .
ইলেক্ট্রোড কম্প্রেশন এবং সেল সমাবেশ বিবেচনা
সেল স্ট্যাকিং করার সময় কম্প্রেশনের মাত্রা সরাসরি এলাকা-নির্দিষ্ট প্রতিরোধ এবং ইলেক্ট্রোলাইট পথ জুড়ে চাপের ড্রপ নির্ধারণ করে। একটি সর্বোত্তম কম্প্রেশন অনুপাত এই দুটি কারণের ভারসাম্য বজায় রাখে। একটি 3 মিমি পুরু অনুভূত জন্য, একটি কম্প্রেশন 2.1 মিমি (30 শতাংশ স্ট্রেন) থেকে ইলেক্ট্রোড এবং গ্রাফাইট বাইপোলার প্লেটের মধ্যে যোগাযোগ প্রতিরোধের হ্রাস করে 0.8 ওহম প্রতি cm2 থেকে 0.35 ohm প্রতি cm2 , মোটামুটি দ্বারা মোট স্ট্যাক প্রতিরোধের কাটা 25 শতাংশ .
একই সাথে, ছিদ্র 85 শতাংশ থেকে 75 শতাংশে হ্রাস করার ফলে ইলেক্ট্রোলাইট চাপের হ্রাস একটি ফ্যাক্টর দ্বারা বৃদ্ধি পায়। 1.8 . প্রতি মিনিটে 120 L এর প্রবাহ হার সহ একটি 10 kW স্ট্যাকের জন্য, এটি একটি অতিরিক্ত হিসাবে অনুবাদ করে 0.6 বার পাম্প কাজ, যা প্রায় খরচ স্ট্যাক পাওয়ার আউটপুটের 1.2 শতাংশ . গ্রাফাইট অনুভূত জন্য সর্বোত্তম কম্প্রেশন উইন্ডো তাই মধ্যে সেট করা হয় 20 এবং 25 শতাংশ প্রাথমিক বেধের।
দীর্ঘমেয়াদী স্থায়িত্ব এবং অবক্ষয় প্রক্রিয়া
অপারেটিং অবস্থার অধীনে ইলেক্ট্রোড অবক্ষয় প্রাথমিকভাবে ইতিবাচক দিকে কার্বন পৃষ্ঠের ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল জারণ দ্বারা চালিত হয়। একটি গ্রাফাইট অনুষ্ঠিত অনুভূত 1.6 V বনাম SHE 1,000 ঘন্টার জন্য একটি অর্ধ-কোষ পরীক্ষা হারায় এর প্রাথমিক অক্সিজেন কার্যকরী গ্রুপের 15 শতাংশ , একটি ভোল্টেজ দক্ষতা ড্রপ ফলে 3 শতাংশ . এই সম্ভাব্য এ কার্বন জারা বর্তমান পরিমাপ করা হয় 8 মাইক্রোঅ্যাম্প প্রতি cm2 , একটি ভর ক্ষতি হার অনুরূপ 0.12 মিলিগ্রাম প্রতি cm2 প্রতি 1,000 ঘন্টা .
কর্মক্ষম জীবন বাড়ানোর জন্য, পর্যায়ক্রমিক সম্ভাব্য বিপরীত বা একটি সংক্ষিপ্ত ক্যাথোডিক পালস কিছু হারানো কার্যকরী গোষ্ঠীকে পুনরুত্থিত করতে পারে। একটি ত্বরিত বার্ধক্য পরীক্ষায়, একটি কোষের সাপেক্ষে একটি প্রতি 500 চক্রে 60 সেকেন্ডের জন্য বিয়োগ 0.8 V পালস উদ্ধার প্রাথমিক ভোল্টেজ দক্ষতার 80 শতাংশ 5,000 চক্রের পরে, যেখানে চিকিত্সা না করা কন্ট্রোল সেল শুধুমাত্র বজায় থাকে 65 শতাংশ . এই ইন-সিটু রিজেনারেশন কৌশলটি পরবর্তী প্রজন্মের ফ্লো ব্যাটারি স্ট্যাকের ব্যাটারি ম্যানেজমেন্ট সিস্টেমে একীভূত করা হচ্ছে।
