Published July 26, 2018 | Version v1
Publication Open

Ethanol as an electrolyte additive for alkaline zinc-air flow batteries

Creators

  • 1. Chulalongkorn University
  • 2. Hokkaido University

Description

Zinc-air flow batteries exhibit high energy density and offer several appealing advantages. However, their low efficiency of zinc utilization resulted from passivation and corrosion of the zinc anodes has limited their broad application. In this work, ethanol, which is considered as an environmentally friendly solvent, is examined as an electrolyte additive to potassium hydroxide (KOH) aqueous electrolyte to improve electrochemical performance of the batteries. Besides, the effects of adding different percentages of ethanol (0-50% v/v) to 8 M KOH aqueous electrolyte were investigated and discussed. Cyclic voltammograms revealed that the presence of 5-10% v/v ethanol is attributed to the enhancement of zinc dissolution and the hindrance of zinc anode passivation. Also, potentiodynamic polarization and electrochemical impedance spectroscopy confirmed that adding 5-10% v/v ethanol could effectively suppress the formation of passivating layers on the active surface of the zinc anodes. Though the addition of ethanol increased solution resistance and hence slightly decreased the discharge potential of the batteries, a significant enhancement of discharge capacity and energy density could be sought. Also, galvanostatic discharge results indicated that the battery using 10% v/v ethanol electrolyte exhibited the highest electrochemical performance with 30% increase in discharge capacity and 16% increase in specific energy over that of KOH electrolyte without ethanol.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

تُظهر بطاريات تدفق الزنك والهواء كثافة طاقة عالية وتوفر العديد من المزايا الجذابة. ومع ذلك، فإن كفاءتها المنخفضة في استخدام الزنك ناتجة عن التخميل وتآكل أنودات الزنك مما حد من تطبيقها على نطاق واسع. في هذا العمل، يتم فحص الإيثانول، الذي يعتبر مذيبًا صديقًا للبيئة، كمادة مضافة للكهارل إلى الإلكتروليت المائي لهيدروكسيد البوتاسيوم (KOH) لتحسين الأداء الكهروكيميائي للبطاريات. إلى جانب ذلك، تم التحقيق في آثار إضافة نسب مختلفة من الإيثانول (0-50 ٪ v/v) إلى 8 M KOH بالكهرباء المائية ومناقشتها. كشفت الفولتاموجرامات الدورية أن وجود 5-10 ٪ v/v من الإيثانول يعزى إلى تعزيز ذوبان الزنك وعرقلة تخميل أنود الزنك. كما أكد الاستقطاب الديناميكي الفعال ومطيافية المعاوقة الكهروكيميائية أن إضافة 5-10 ٪ v/v من الإيثانول يمكن أن تمنع بشكل فعال تكوين طبقات التخميل على السطح النشط لأنودات الزنك. على الرغم من أن إضافة الإيثانول زادت من مقاومة المحلول وبالتالي قللت قليلاً من إمكانات تفريغ البطاريات، إلا أنه يمكن البحث عن تعزيز كبير لقدرة التفريغ وكثافة الطاقة. أيضًا، أشارت نتائج التفريغ الجلفانوستاتي إلى أن البطارية التي تستخدم إلكتروليت الإيثانول بنسبة 10 ٪ فولت/فولت أظهرت أعلى أداء كهروكيميائي مع زيادة بنسبة 30 ٪ في سعة التفريغ وزيادة بنسبة 16 ٪ في الطاقة المحددة عن طاقة إلكتروليت KOH بدون إيثانول.

Translated Description (French)

Les batteries à flux zinc-air présentent une densité d'énergie élevée et offrent plusieurs avantages attrayants. Cependant, leur faible efficacité d'utilisation du zinc résultant de la passivation et de la corrosion des anodes en zinc a limité leur large application. Dans ce travail, l'éthanol, qui est considéré comme un solvant respectueux de l'environnement, est examiné en tant qu'additif électrolytique à l'électrolyte aqueux d'hydroxyde de potassium (KOH) pour améliorer les performances électrochimiques des batteries. En outre, les effets de l'ajout de différents pourcentages d'éthanol (0-50% v/v) à l'électrolyte aqueux KOH 8 M ont été étudiés et discutés. Les voltammogrammes cycliques ont révélé que la présence de 5-10% v/v d'éthanol est attribuée à l'augmentation de la dissolution du zinc et à l'empêchement de la passivation de l'anode de zinc. En outre, la polarisation potentiodynamique et la spectroscopie d'impédance électrochimique ont confirmé que l'ajout de 5 à 10 % v/v d'éthanol pourrait supprimer efficacement la formation de couches passivantes sur la surface active des anodes de zinc. Bien que l'ajout d'éthanol ait augmenté la résistance à la solution et donc légèrement diminué le potentiel de décharge des batteries, une amélioration significative de la capacité de décharge et de la densité d'énergie a pu être recherchée. En outre, les résultats de la décharge galvanostatique ont indiqué que la batterie utilisant un électrolyte à 10 % v/v d'éthanol présentait les performances électrochimiques les plus élevées avec une augmentation de 30 % de la capacité de décharge et une augmentation de 16 % de l'énergie spécifique par rapport à celle de l'électrolyte KOH sans éthanol.

Translated Description (Spanish)

Las baterías de flujo de zinc-aire exhiben una alta densidad de energía y ofrecen varias ventajas atractivas. Sin embargo, su baja eficiencia de utilización de zinc como resultado de la pasivación y corrosión de los ánodos de zinc ha limitado su amplia aplicación. En este trabajo, el etanol, que se considera un disolvente respetuoso con el medio ambiente, se examina como un aditivo electrolítico para el electrolito acuoso de hidróxido de potasio (Koh) para mejorar el rendimiento electroquímico de las baterías. Además, se investigaron y discutieron los efectos de añadir diferentes porcentajes de etanol (0-50% v/v) a un electrolito acuoso de Koh 8 M. Los voltamogramas cíclicos revelaron que la presencia de etanol al 5-10% v/v se atribuye a la mejora de la disolución de zinc y al impedimento de la pasivación del ánodo de zinc. Además, la polarización potenciodinámica y la espectroscopia de impedancia electroquímica confirmaron que la adición de etanol al 5-10% v/v podría suprimir eficazmente la formación de capas de pasivación en la superficie activa de los ánodos de zinc. Aunque la adición de etanol aumentó la resistencia de la solución y, por lo tanto, disminuyó ligeramente el potencial de descarga de las baterías, se podría buscar una mejora significativa de la capacidad de descarga y la densidad de energía. Además, los resultados de descarga galvanostática indicaron que la batería que utiliza 10% v/v de electrolito de etanol exhibió el mayor rendimiento electroquímico con un aumento del 30% en la capacidad de descarga y un aumento del 16% en la energía específica sobre la del electrolito Koh sin etanol.

Files

s41598-018-29630-0.pdf.pdf

Files (3.3 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:cb3a445c37c72d8fc5086907c3ee67d7
3.3 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
الإيثانول كمادة مضافة بالكهرباء لبطاريات تدفق الزنك والهواء القلوية
Translated title (French)
L'éthanol en tant qu'additif électrolytique pour les batteries alcalines à flux zinc-air
Translated title (Spanish)
Etanol como aditivo electrolítico para baterías de flujo alcalino de zinc-aire

Identifiers

Other
https://openalex.org/W2883549689
DOI
10.1038/s41598-018-29630-0

Is supplement to
https://openalex.org/W957405543 (Other)
https://openalex.org/W81629128 (Other)
https://openalex.org/W3157220855 (Other)
https://openalex.org/W2949086270 (Other)
https://openalex.org/W2893117232 (Other)
https://openalex.org/W2392183253 (Other)
https://openalex.org/W2368982584 (Other)
https://openalex.org/W2326159057 (Other)
https://openalex.org/W2100154643 (Other)
https://openalex.org/W1965743066 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Thailand

References

  • https://openalex.org/W1732158220
  • https://openalex.org/W1805725493
  • https://openalex.org/W1860639383
  • https://openalex.org/W1969820388
  • https://openalex.org/W1972969764
  • https://openalex.org/W1999351801
  • https://openalex.org/W2008436212
  • https://openalex.org/W2022531513
  • https://openalex.org/W2024465494
  • https://openalex.org/W2024620044
  • https://openalex.org/W2056904025
  • https://openalex.org/W2058270507
  • https://openalex.org/W2063984037
  • https://openalex.org/W2072258183
  • https://openalex.org/W2087360055
  • https://openalex.org/W2088464626
  • https://openalex.org/W2100206125
  • https://openalex.org/W2139545343
  • https://openalex.org/W2151077870
  • https://openalex.org/W2162626557
  • https://openalex.org/W2173943054
  • https://openalex.org/W2217510092
  • https://openalex.org/W2247938439
  • https://openalex.org/W2288357844
  • https://openalex.org/W2305210932
  • https://openalex.org/W2325239541
  • https://openalex.org/W2326533476
  • https://openalex.org/W2344658806
  • https://openalex.org/W2410039023
  • https://openalex.org/W2417655802
  • https://openalex.org/W2517983125
  • https://openalex.org/W2527183913
  • https://openalex.org/W2566439145
  • https://openalex.org/W2591685511
  • https://openalex.org/W2597849655
  • https://openalex.org/W2604849470
  • https://openalex.org/W2623423850
  • https://openalex.org/W2772762684
  • https://openalex.org/W2780864499
  • https://openalex.org/W2784065565