Zinc–cerium battery
துத்தநாக-சீரியம் மின்கலன்கள் என்பது 2000 களில் ப்ளூரியன் இன்க் (யுகே) நிறுவனத்தால் முதன்முதலில் உருவாக்கப்பட்ட ஒரு வகை ரெடாக்ஸ் ஃப்லோ மின்கலன்கள் ஆகும். இந்த ரீசார்ஜ் செய்யக்கூடிய மின்கலனில், எதிர்மறை துத்தநாகம் மற்றும் நேர்மறை சீரியம் எலக்ட்ரோலைட்டுகள் இரண்டும் செயல்பாட்டின் போது ஒரு மின் வேதியியல் ஓட்ட உலை மூலம் பரப்பப்படுகின்றன மற்றும் இரண்டு பிரிக்கப்பட்ட நீர்த்தேக்கங்களில் சேமிக்கப்படுகின்றன. மின் வேதியியல் உலைகளில் உள்ள எதிர்மறை மற்றும் நேர்மறை எலக்ட்ரோலைட் பெட்டிகள் ஒரு கேஷன்-எக்ஸ்சேஞ்ச் சவ்வால் பிரிக்கப்படுகின்றன, பொதுவாக நாஃபியோன் (டுபோன்ட்). Ce (III)/Ce (IV) மற்றும் Zn (II)/Zn ரெடாக்ஸ் எதிர்வினைகள் முறையே நேர்மறை மற்றும் எதிர்மறை மின்முனைகளில் நடைபெறுகின்றன. எதிர்மறை மின்முனையில் சார்ஜ் செய்யும் போது துத்தநாகம் மின் பூசப்படுவதால் இந்த அமைப்பு ஒரு கலப்பின ஓட்டம் பேட்டரி என வகைப்படுத்தப்பட்டுள்ளது. துத்தநாக-புரோமின் மற்றும் துத்தநாக-குளோரின் ரெடாக்ஸ் ஓட்ட மின்கலன்களைப் போலல்லாமல், ஆலசன் வாயுக்களைக் கரைக்க எந்த ஒடுக்க சாதனமும் தேவையில்லை. துத்தநாக-சீரியம் அமைப்பில் பயன்படுத்தப்படும் வினையூக்கிகள் வனேடியம் ஓட்ட மின்கலனில் பயன்படுத்தப்படுவதை விட கணிசமாக குறைந்த விலை கொண்டவை. நீர்வாழ் ஊடகங்களில் துத்தநாகம் மற்றும் சீரியம் ரெடாக்ஸ் எதிர்வினைகள் இரண்டின் உயர் தரமான மின்முனை ஆற்றல்கள் காரணமாக, திறந்த சுற்று செல் மின்னழுத்தம் 2.43 வி வரை அதிகமாக உள்ளது. மற்ற முன்மொழியப்பட்ட ரீசார்ஜ் செய்யக்கூடிய நீர் ஓட்ட பேட்டரி அமைப்புகளில், இந்த அமைப்பு மிகப்பெரிய செல் மின்னழுத்தத்தைக் கொண்டுள்ளது மற்றும் ஒரு மின்முனை பகுதிக்கு அதன் சக்தி அடர்த்தி H2-Br2 ஓட்ட பேட்டரிக்கு அடுத்தபடியாக உள்ளது. துத்தநாகம் மற்றும் செரியம் ஆகிய இரண்டின் அதிக செறிவுகளை அனுமதிப்பதால் மெத்தேனெசல்போனிக் அமிலம் துணை மின்னாற்பகுப்பாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது; அதனுடன் தொடர்புடைய மெத்தேனெசல்போனேட்டுகளின் கரைதிறன் Zn க்கு 2.1 எம், Ce (III) க்கு 2.4 எம் மற்றும் Ce (IV) க்கு 1.0 எம் வரை இருக்கும். மெத்தேனெசல்போனிக் அமிலம் குறிப்பாக தொழில்துறை மின் வேதியியல் பயன்பாடுகளுக்கு மிகவும் பொருத்தமானது மற்றும் பிற ஆதரவு எலக்ட்ரோலைட்டுகளுக்கு பச்சை மாற்றாக கருதப்படுகிறது. Zn-CE ப்ளோவ் பேட்டரி இன்னும் வளர்ச்சியின் ஆரம்ப கட்டங்களில் உள்ளது. முக்கிய தொழில்நுட்ப சவால் எதிர்மறை மின்முனையில் திறமையின்மை மற்றும் சுய வெளியேற்றத்தை (ஹைட்ரஜன் பரிணாமம் வழியாக Zn அரிப்பு) கட்டுப்படுத்துவதாகும். வணிக ரீதியாக, விலையுயர்ந்த Pt-Ti மின்முனைகளின் தேவை மற்ற RFB களுடன் ஒப்பிடுகையில் அமைப்பின் மூலதன செலவை அதிகரிக்கிறது. செல் வேதியியல் எதிர்மறை மின்முனையில் (அனோட்), துத்தநாகம் முறையே சார்ஜ் மற்றும் வெளியேற்றத்தின் போது கார்பன் பாலிமர் மின்முனைகளில் மின் பூசப்பட்டு அகற்றப்படுகிறது. Zn2 + (aq) + 2e − Zn (s) (− 0.76 V எதிராக SHE) நேர்மறை மின்முனையில் (கேத்தோடு) (டைட்டானியம் அடிப்படையிலான பொருட்கள் அல்லது கார்பன் உணரப்பட்ட மின்முனை), Ce (III) ஆக்சிஜனேற்றம் மற்றும் Ce (IV) குறைப்பு முறையே சார்ஜ் மற்றும் வெளியேற்றத்தின் போது நிகழ்கிறது. Ce4 + (aq) − e − Ce3 + (aq) (ca. பெரிய செல் மின்னழுத்தம் காரணமாக, ஹைட்ரஜன் (0 வி எதிராக எஸ். எச். இ) மற்றும் ஆக்ஸிஜன் (+ 1.23 வி எதிராக எஸ். எச். இ) ஆகியவை மின்கலன் செயல்பாட்டின் போது (குறிப்பாக சார்ஜ் செய்யும் போது) பக்க எதிர்வினைகளாக கோட்பாட்டளவில் உருவாகலாம். நேர்மறை மின்னாற்பகுப்பு என்பது செரியம் (III) மெத்தேனிஸல்போனேட்டின் கரைசல் ஆகும். வரலாறு மற்றும் வளர்ச்சி துத்தநாக-சீரியம் ரெடாக்ஸ் ஃப்லோ பேட்டரி முதன்முதலில் கிளார்க் மற்றும் சக ஊழியர்களால் 2004 ஆம் ஆண்டில் முன்மொழியப்பட்டது, இது ப்ளூரியன் இன்க் (இங்கிலாந்து) இன் முக்கிய தொழில்நுட்பமாகும். 2008 ஆம் ஆண்டில், ப்ளூரியன் இன்க் ஒரு பணப்புழக்க நெருக்கடியை சந்தித்தது மற்றும் 2010 ஆம் ஆண்டில் கலைக்கப்பட்டது மற்றும் நிறுவனம் முறையாக 2012 இல் கலைக்கப்பட்டது. இருப்பினும், ப்ளூரியன் இன்க் நிறுவனத்தின் ஆரம்பகால காப்புரிமைகளில் விவரிக்கப்பட்டுள்ள சோதனை நிலைமைகள் மற்றும் சார்ஜ்-டிஸ்சார்ஜ் செயல்திறன் பற்றிய தகவல்கள் குறைவாகவே உள்ளன. 2010 களில் இருந்து, மின் வேதியியல் பண்புகள் மற்றும் துத்தநாக-சீரியம் ரெடாக்ஸ் ஃப்லோ பேட்டரியின் தன்மை ஆகியவை சவுத்தாம்ப்டன் மற்றும் ஸ்ட்ராத்க்ளைட் பல்கலைக்கழகங்களின் ஆராய்ச்சியாளர்களால் அடையாளம் காணப்பட்டுள்ளன. 50 mA cm−2 இல் சார்ஜ்/டிஸ்சார்ஜ் சுழற்சிகளின் போது, துத்தநாக-சீரியம் ரெடாக்ஸ் ஃப்லோ பேட்டரியின் கூலாம்பிக் மற்றும் மின்னழுத்த செயல்திறன் முறையே 92 மற்றும் 68 சதவீதமாக இருப்பதாக தெரிவிக்கப்பட்டது. 2011 ஆம் ஆண்டில், சுருக்கப்பட்ட கார்பன் துண்டுகளைப் பயன்படுத்தி குறைந்த அமில செறிவு எலக்ட்ரோலைட்டை அடிப்படையாகக் கொண்ட ஒரு சவ்வு இல்லாத (பிரிக்கப்படாத) துத்தநாக-சீரியம் அமைப்பு முன்மொழியப்பட்டது. வெளியேற்ற செல் மின்னழுத்தம் மற்றும் ஆற்றல் செயல்திறன் முறையே சுமார் 2.1 வி மற்றும் 75 சதவீதம் என்று தெரிவிக்கப்பட்டது. இத்தகைய பிரிக்கப்படாத கட்டமைப்புடன் (ஒற்றை எலக்ட்ரோலைட் கம்பார்ட்மெண்ட்), சுய-வெளியேற்றம் சீரியம் மற்றும் அமிலத்தின் குறைந்த செறிவுகளில் ஒப்பீட்டளவில் மெதுவாக இருந்தது. துத்தநாக-சீரியம் ரெடாக்ஸ் ஃப்லோ பேட்டரியின் முக்கிய நிறுவல் ஸ்காட்லாந்தின் க்ளென்ரோட்ஸில்> 2 கிலோவாட் சோதனை வசதி ஆகும், இது ப்ளூரியன் இன்க் நிறுவனத்தால் நிறுவப்பட்டது. அரிதான பூமி வளப் பயன்பாட்டின் மாநில முக்கிய ஆய்வகம் மற்றும் சீனாவின் ஜியாங்சி அறிவியல் மற்றும் தொழில்நுட்ப பல்கலைக்கழகம் ஆகியவற்றில் சீரியம் ரெடாக்ஸ் எதிர்வினையின் இயக்கவியலை அதிகரிப்பதற்கான ஒரு வழிமுறையாக நேர்மறை அரை உயிரணுக்களுக்கு கலப்பு அமில எலக்ட்ரோலைட்டுகளின் பயன்பாடு ஆராயப்பட்டுள்ளது. பிளாட்டினம்-இரிடியம் பூச்சுகள் பேட்டரிக்கான நேர்மறை மின்முனைகளாக சிறந்த செயல்திறனைக் காட்டியுள்ளன, அதே நேரத்தில் பிளாட்டினம் மின்முனைகளை விட மலிவானவை. அமைப்பின் சார்ஜ்-டிஸ்சார்ஜ் முதன்மையாக உருவகப்படுத்தப்பட்டுள்ளது. கலப்பு அமிலங்கள் பற்றிய ஆராய்ச்சி தொடர்கிறது மற்றும் ஹைட்ரோகுளோரிக் அமிலத்தின் குறைந்த செறிவு சீரியம் எதிர்வினையின் மின் வேதியியல் பதிலை மேம்படுத்த முடியும் என்று நிரூபிக்கப்பட்டுள்ளது, அதே நேரத்தில் நைட்ரிக் அமில சேர்த்தல்கள் எதிர்மறையான முடிவுகளைக் கொண்டிருந்தன. நேர்மறை மின்முனையாக படிநிலை நுண்ணிய கார்பன் ஆய்வக அளவிலான சோதனைகளில் உணரப்பட்ட கார்பனை விட சிறந்த செயல்திறனை அளித்துள்ளது. எதிர்மறை மின்முனையில் உள்ள துத்தநாக மின்னாற்றல் ஒரு ஹல் கலத்தைப் பயன்படுத்தி ஆய்வு செய்யப்பட்டுள்ளது. கார்பன் காகிதம் நேர்மறை மின்முனைக்கு ஒரு மாற்று பொருளாகவும் ஆய்வு செய்யப்பட்டுள்ளது. கிராஃபீன் ஆக்சைடு-கிராஃபைட் கலவைகள் நேர்மறை எலக்ட்ரோலைட்டில் செரியத்தின் எதிர்வினைக்கு ஒரு சிறந்த வினையூக்கி மின்முனையாக சில வாக்குறுதிகளைக் காட்டியுள்ளன. இதே போன்ற சீரியம்-முன்னணி ஆர்எஃப்பி முன்மொழியப்பட்டுள்ளது. வழக்கமான கிராஃபிட் செய்யப்பட்ட கார்பனுக்கு மாற்றாக எதிர்மறை மின்முனைகளாக இண்டியம்-மாற்றியமைக்கப்பட்ட மின்முனைகள் பரிந்துரைக்கப்பட்டுள்ளன. Zn-CE அமைப்பு சல்பூரிக் அமிலத்திற்கு சிறந்த மாற்றாக இந்த அமிலத்தை மற்ற ஓட்ட மின்கலன்களுக்கு பயன்படுத்துவதை அறிமுகப்படுத்தியுள்ளது. செல் ஆற்றல் மற்றும் மின்னோட்ட அடர்த்திக்கு இடையிலான உறவு ஒரு Zn-CE அலகு ஓட்ட செல்லுக்கு மதிப்பிடப்பட்டுள்ளது. இது மின்கலன் மின்னழுத்தத்தின் வெப்ப இயக்கவியல், இயக்கவியல் மற்றும் ஓமிக் கூறுகளின் பங்களிப்பை பகுத்தறிவுபடுத்தவும், மின்கலன் இடைவெளியை அதிகரிப்பதன் விளைவை மதிப்பிடவும் அனுமதித்தது. Zn-CE மின்கலனின் வளர்ச்சியும், தொழில்துறை பயன்பாடுகளுக்கான சீரியம் மாற்றத்தின் மின் வேதியியல் தொழில்நுட்பமும் மதிப்பாய்வு செய்யப்பட்டுள்ளது, இதில் ஆற்றல் சேமிப்பு, அணுசக்தி தூய்மைப்படுத்தல், மறைமுக கரிம தொகுப்பு, அபாயகரமான கரிமங்களின் அழிவு மற்றும் எரிவாயு ஸ்க்ரப்பிங் ஆகியவை அடங்கும். மேலும் காண்கஃ ஆற்றல் சேமிப்பு சுமை சமநிலைப் பாய்வு மின்கலன் ரீசார்ஜ் செய்யக்கூடிய மின்கலன் மின்கலன் மின்கலன் மின்கலன் மின்கலன் மின்கலன் மின்கலன் மின்கலன் மின்கலன் மின்கலன் மின்கலன் மின்கலன் மின்கலன் மின்கலன் மின்கலன் மின்கலன் மின்கலன் மின்கலன் மின்கலன் மின்கலன் மின்கலன் மின்கலன் மின்கலன் மின்கலன் மின்கலன் மின்கலன் மின்கலன் மின்கலன் மின்கலன் மின்கலன் மின்கலன் மின்கலன் மின்கலன் மின்கலன் மின்கலன் மின்கலன் மின்கலன் மின்கலன் மின்கலன் மின்கலன் மின்கலன் மின்கலன் மின்கலன் மின்கலன்