ارزیابی تأثیر زمان سینترینگ بکار رفته در تولید الکترودهای نقره بر عمر باتری‌های روی - نقره

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 باشگاه پژوهشگران جوان و نخبگان واحد دزفول

2 کارشناس آزمایشگاه متالورژی دانشگاه آزاد اسلامی واحد اهواز

3 استادیار گروه مواد و متالورژی دانشگاه آزاد اسلامی واحد اهواز

چکیده

در این پژوهش، اثر پارامتر زمان سینترینگ بکار رفته در تولید الکترودهای نقره بر عمر باتری‌های روی - اکسید نقره مورد بررسی قرار گرفت. برای این منظور، ابتدا چهار الکترود نقره (صفحه مثبت) با ترکیب 95 درصد وزنی اکسید نقره، 9/4 درصد وزنی پودر کربن و 1/0 درصد وزنی رزین به روش متالورژی پودر تهیه گردید. سپس هر چهار الکترود اکسید نقره در زمان‌های 5، 10، 15 و 20 دقیقه در دمای C°500 تحت عملیات سینترینگ قرار گرفتند. برای بررسی تأثیر زمان سینترینگ بکار رفته در تولید الکترودهای نقره بر عمر باتری‌های روی - نقره از آزمایش تخلیه الکتریکی در الکترولیتwt% KOH 4/1 استفاده شد. برای بررسی ریزساختار الکترودها و آنالیز نقطه‌ای آنها از میکروسکوپ الکترونی روبشی و آنالیز طیف سنجی پراش انرژی پرتو ایکس (EDX) استفاده گردید. نتایج آزمایش‌های تخلیه الکتریکی نشان داد که زمان سینترینگ 10 دقیقه با زمان تخلیه‌ی 8 دقیقه و 47 ثانیه، بهینه‌ترین زمان سینترینگ جهت افزایش دوبرابری عمر باتری‌های روی – نقره می‌باشد. براساس مشاهدات تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی، با افزایش زمان سینترینگ، میزان و اندازه تخلخل‌های ظاهری در الکترودهای نقره افزایش می‌یابد. همچنین نتایج آنالیز EDX دلالت بر کاهش اکسیژن الکترودهای نقره با افزایش زمان سینترینگ داشت.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Evaluation the effect of sintering time used in the production of silver electrodes on the life of zinc - silver batteries

نویسنده [English]

  • masoud Sabzi 1
1 Department of Materials and Metallurgical, Ahvaz Branch, Islamic Azad University, Ahvaz, Iran.
چکیده [English]

In this study, effect of sintering time used in the production of silver electrodes on the life of zinc - silver oxide batteries was investigated. For this purpose, initially four Ag electrodes (positive plate) with composition of 95 wt% silver oxide, 4.9 wt% carbon powder and 0.1 wt% resin prepared by powder metallurgy method. Then, four silver electrodes were sintered for 5, 10, 15 and 20 minutes at temperature 500°C. Electrical discharge method were used in the 1.4% KOH electrolyte to evaluate the effects of sintering time used in the production of silver electrodes on the life of zinc - silver oxide batteries. Scanning electron microscopy was used to examine the microstructures of electrodes and point analysis was accomplished by EDX method. Electrical discharge tests results showed that sintering time of 10 minute with discharge time of eight minutes and forty-seven seconds, is the most optimized sintering time for increase double of the life of zinc - silver oxide batteries. SEM images were showed that with increasing sintering time, the amount and size of apparent pores increased in the Ag electrodes. Also, point analysis results has implies on reduction of electrodes oxygen, with the increasing of sintering time.

کلیدواژه‌ها [English]

  • silver-zinc batteries
  • sintering time
  • batterie life
  • silver electrode
  • KOH solution

[1] Habekost, A., "Experimental Investigations of Alkaline Silver-Zinc and Copper-Zinc Batteries", World Journal of Chemical Education, Vol. 4, PP. 4-12 (2016).

[2] Marino, M., Misuri, L., Carati, A., Brogioli, D., "Proof-of-Concept of a Zinc-Silver Battery for the Extraction of Energy from a Concentration Difference", Energies, Vol. 7, PP. 3664-3683 (2014).

[3] Ubelhor, R., Ellison, D., Pierce, C., "Enhanced Thermal Property Measurement of a Silver Zinc Battery Cell Using Isothermal Calorimetry", Thermochimica Acta, Vol. 606, PP. 77-83 (2015).

[4] Salkind, A. J., Karpinski, A. P., Serenyi, J. R., "Secondary Batteries – Zinc Systems, Zinc-Silver", Reference Module in Chemistry, Molecular Sciences and Chemical Engineering, Vol. 14, PP. 513-523 (2009).

[5] Sun, Y., Yang, M., Pan, J., Wang, P., Li, W., Wan, P., "Manganese Dioxide-Supported Silver Bismuthate as an Efficient Electrocatalyst for Oxygen Reduction Reaction in Zinc-Oxygen Batteries", Electrochimica Acta, Vol. 197, PP. 68–76 (2016).  

[6] Huang, Z., Zhang, M., Cheng, J., Gong, Y., Chi, B., Pu, J., Jian, L., "Silver Decorated Alpha-Manganese Oxide Nanostructured Electrocatalyst for Rechargeable Lithium–Oxygen Battery", Catalysis Communications, Vol. 61, PP. 44-47 (2015).

[7] Wang, T., Kaempgen, M., Nopphawan, P., Wee, G., Mhaisalkar, S., Srinivasan, M., "Silver Nanoparticle-Decorated Carbon Nanotubes as Bifunctional Gas-Diffusion Electrodes for Zinc–Air Batteries", Journal of Power Sources, Vol. 195, PP. 4350-4355 (2010).

[8] Braam, K. T., Volkman, S. K., Subramanian, V., "Characterization and Optimization of a Printed, Primary  Silver–Zinc Battery", Journal of Power Sources, Vol. 199, PP. 367-372 (2012).

[9] Yan, C., Wang, X., Cui, M., Wang, J., Kang, W., Foo, C.Y., Lee, P.S., "Stretchable Silver-Zinc Batteries Based on Embedded Nanowire Elastic Conductors", Advanced Energy Materials, Vol. 4, PP. 54-62 (2014).

[10] Smith, D. F., Brown, C., "Aging in Chemically Prepared Divalent Silver Oxide Electrodes for Silver/Zinc Reserve Batteries", Journal of Power Sources, Vol. 96, PP. 121-127 (2001).

[11]  Jun, D., Jiexiang, X., Mengxia, J., Bin, W., Sheng, Y., Yan, C., Zhigang, C., Huaming, L., "New Insight of Ag Quantum Dots With the Improved Molecular Oxygen Activation Ability for Photocatalytic Applications", Applied Catalysis B, Vol. 188, PP. 376-387 (2016).

[12] ASTM B962-14, "Standard Test Methods for Density of Compacted or Sintered Powder Metallurgy (PM) Products Using Archimedes’ Principle", ASTM International, West Conshohocken, PA, PP. 1-7 (2014).

[13] Haghi, A. K., Oluwafemi, O. S., Jose, J. P., Maria, H. J., "Composites and Nanocomposites", Advances in Materials Science, Vol. 4, PP. 119-147 (2013). 

[14] Keller, K. A., Jefferson, G., Kerans, R. J., "Handbook of Ceramic Composites", Kluwer Academic Publishers, Vol. 4, PP. 377-421 (2005).  

[15] Karpinski, A. P., Russell, S. J., Serenyi, J. R., Murphy, J. P., "Silver Based Batteries for High Power Applications", Journal of Power Sources, Vol. 91, PP. 77-82 (2000).

[16] Suresh, P., Nagaraju, D.H., Shukla, A.K., Munichandraiah, N., "Analysis of Ac Impedance of AgO-Zn Cells: Effects of State-of-Charge, Temperature and Cycle-Life", Electrochimica Acta, Vol. 50, PP. 3262-3272 (2005).