تولید نانو اکسید نقره دو ظرفیتی با قابلیت به‌کارگیری در باتری اولیه روی – اکسید نقره

محورهای موضوعی : فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوین

رحیم اقرء ¹ , محمد محسن لغوی ²

1 - استادیار پژوهشکده مکانیک، پژوهشگاه فضایی ایران
2 - پژوهشگر پژوهشکده مکانیک، پژوهشگاه فضایی ایران

تاریخ دریافت : 1395/01/18 تاریخ پذیرش : 1396/11/09 تاریخ انتشار : 1396/09/01

کلید واژه: سنتز, باتری, دشارژ با سرعت بالا, نانو اکسید نقره,

چکیده مقاله :

در پژوهش حاضر به بررسی تأثیر ابعاد ذرات اکسید نقره دو ظرفیتی بر روی کارایی الکتروشیمیایی الکترود کاتد در باتری روی - اکسید نقره اولیه پرداخته شده است. برای تولید پودر از روش رسوب‌گذاری شیمیایی استفاده گردید و پارامترهای مؤثر در این روش مورد بررسی قرار گرفتند. از جمله این پارامترها می‌توان به غلظت، نوع و ترتیب افزودن واکنش کننده‌ها در فرایند تولید پودر، استفاده از عامل فعال سطحی، بررسی اثر زمان واکنش و نیز آسیاب‌کاری پودرها توسط آسیاب سیاره­ای گلوله‌ای اشاره نمود. از طیف­سنج پراش پرتو ایکس جهت تأیید سنتز اکسید نقره دو ظرفیتی استفاده گردید. جهت بررسی مورفولوژی و اندازه ذرات تولیدی از میکروسکوپ الکترونی روبشی استفاده شده است. برای ساخت الکترودها از روش خمیری استفاده شد. به منظور بررسی کارایی الکتروشیمیایی پودرهای تولید شده، تک سل تشکیل شده از یک الکترود اکسید نقره و دو الکترود روی به روش جریان ثابت دشارژ شدند. تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی نشان می‌دهد که مورفولوژی پودرهای تولیدی از نوع ورقه‌ای می‌باشد. همچنین استفاده از عامل فعال سطحی و کنترل پارامترهای واکنش، سبب کاهش اندازه ذرات پودر به ابعاد زیر 100 نانومتر گردید. نتایج بدست آمده از آزمون­های دشارژ با سرعت بالا، حاکی از افزایش ظرفیت الکترودهای بهینه­شده با پودر نانو به میزان %42 و افزایش سطح ولتاژ به میزانV 11/0 نسبت به الکترودهای ساخته شده از پودر معمولی می‌باشد.

چکیده انگلیسی:

In the present study, the effect of particle size of divalent silver oxide has been studied on the electrochemical performance of cathode electrode in the primary zinc-silver oxide battery. Chemical deposition methods were used to produce the powder and the effective parameters in these methods were studied. These include parameters such as concentration, type and order of addition of reactants in the powder production process, addition of surfactant, reaction time and the effect of powder milling by planetary ball mill. X-ray diffraction spectrometer was used to confirm the divalent silver oxide synthesis.The morphology and size of the particles were analysed by scanning electron microscope. The electrodes were prepared by pasting method. Single cells were discharged using constant current of 20 A to evaluate the electrochemical efficiency of produced powders. Single cells contained two zinc electrodes and one silver oxide electrode.  Scanning electron microscopy images showed that the morphology of the produced powders was flake type. Particle size reduction below 100 nanometer was performed using surfactant and control of reaction parameters. Results from high-rate discharge tests showed that the capacity and voltage of the optimized electrodes with nano powder were 42% and 0.11 V, respectively, higher than the capacity and voltage electrodes made with the conventional powder.

منابع و مأخذ:

[1]        D. F. Smith, G. R. Graybill, R. K. Grubbs, and J. a. Gucinski, “New developments in very high rate silver oxide electrodes,” J. Power Sources, vol. 65, no. 1–2, pp. 47–52, Mar. 1997.

[2]        D. F. Smith and C. Brown, “Aging in chemically prepared divalent silver oxide electrodes for silver/zinc reserve batteries,” J. Power Sources, vol. 96, no. 1, pp. 121–127, Jun. 2001.

[3]        D. F. Smith and J. A. Gucinski, “Synthetic silver oxide and mercury-free zinc electrodes for silver–zinc reserve batteries,” J. Power Sources, vol. 80, no. 1–2, pp. 66–71, Jul. 1999.

[4]        T. Z. Palágyi, “Investigation on the Silver-Zinc Storage Battery with Radioactive Ag110 Isotope,” J. Electrochem. Soc., vol. 108, no. 9, pp. 904–906, 1961.

[5]        J. Skelton and R. Serenyi, “Improved silver/zinc secondary cells for underwater applications,” J. Power Sources 65, vol. 65, pp. 39–45, 1997.

[6]        A. M. Chreitzberg, “Electric battery and method for operating same,” US3118100 A, 14-Jan-1964.

[7]        S. Ullah, A. Badshah, F. Ahmed, R. Raza, A. A. Altaf, and R. Hussain, “Electrodeposited Zinc Electrodes for High Current Zn / AgO Bipolar Batteries,” J. Electrochem. Sci., vol. 6, pp. 3801–3811, 2011.

[8]        D. Ozgit, P. Hiralal, and G. A. J. Amaratunga, “Improving Performance and Cyclability of Zinc–Silver Oxide Batteries by Using Graphene as a Two Dimensional Conductive Additive,” ACS Appl. Mater. Interfaces, vol. 6, no. 23, pp. 20752–20757, 2014.

[9]        C. C. K. Ho, K. Murata, S. D. A, J. W. Evans, and W. P. K, “A super ink jet printed zinc – silver 3D microbattery,” J. Micromech. Microeng, vol. 19, no. 9, p. 5, 2009.

[10]      K. Braam and V. Subramanian, “A Stencil Printed , High Energy Density Silver Oxide Battery Using a Novel Photopolymerizable Poly ( acrylic acid ) Separator,” Adv. Mater., vol. 27, no. 4, pp. 689–694, 2014.

[11]      S. Berchmans, A. J. Bandodkar, W. Jia, J. Ram, Y. S. Meng, and J. Wang, “An epidermal alkaline rechargeable Ag – Zn printable tattoo battery for wearable electronics †,” J. Mater. Chem. A, vol. 2, pp. 15788–15795, 2014.

[12]      K. T. Braam, S. K. Volkman, and V. Subramanian, “Characterization and optimization of a printed , primary silver – zinc battery,” J. Power Sources, vol. 199, pp. 367–372, 2012.

[13]      J. F. Parker, C. N. Chervin, E. S. Nelson, D. R. Rolison, and W. Long, “Wiring zinc in three dimensions re-writes battery performance—dendrite-free cycling†,” Energy Environ. Sci., vol. 7, pp. 1117–1124, 2014.

[14]      H. Sasaki and S. Toshima, “Studies on the silver/silver oxide electrode,” Electrochim. Acta, vol. 20, pp. 201–207, 1975.

[15]      T. B. Reddy and D. Linden, Linden’s Handbook of Batteries, 4th ed. Mcgraw hill, 2010.

[16]      a. . Karpinski, S. . Russell, J. . Serenyi, and J. . Murphy, “Silver based batteries for high power applications,” J. Power Sources, vol. 91, no. 1, pp. 77–82, Nov. 2000.

[17]      J. Pan, Y. Sun, Z. Wang, P. Wan, X. Liu, and M. Fan, “Nano silver oxide (AgO) as a super high charge/discharge rate cathode material for rechargeable alkaline batteries,” J. Mater. Chem., vol. 17, no. 45, pp. 4820–4825, 2007.

[18]      H. Liu, X. Xia, and Z. Guo, “A novel silver oxide electrode and its charge–discharge performance,” J. Appl. Electrochem., vol. 32, pp. 275–279, 2002.

[19]      م. محمدی، ح. خرسند, "سنتز نانو سیلیکا به روش رسوب گذاری با کاربرد عوامل فعال کننده­ی سطحی" مجله مواد نوین، جلد 1، شماره 3، صفحه 74-63، بهار 1390.

[20]      K. Murakami, M. Okahisa, T. Arita, and H. Kumano, “Divalent silver oxide for use in primary cell and manufacturing method thereof,” US4286029 A, 1980.

[21]      S. P. Rao, S. S. Tripathy, and A. M. Raichur, “Dispersion studies of sub-micron zirconia using Dolapix CE 64,” Colloids Surfaces A Physicochem. Eng. Asp., vol. 302, no. 1–3, pp. 553–558, Jul. 2007.

[22] R.Qadeer, R. Hussain, "Determination of AgO in AgO/Ag2O mixture by thermogravimetric analysis," Malaysian Journal of Chemistry, Vol. 6, No. 1, pp. 067 - 071, 2004.