Optimization of the anodic electrolyte of an aqueous Daniell Cell

Abstract

[ES] Se requieren sistemas de almacenamiento de energía rentables y ecológicos para resolver la crisis energética actual. En 1836, el químico británico John Frederic Daniell inventó el modelo básico de la batería de zinc-cobre, conocida hoy como celda de Daniell. Inicialmente, esta batería se utilizó sustancialmente como batería estacionaria para repetidores de telegrafía remotos. Sin embargo, con la invención de las baterías modernas, ha quedado relegada, y hoy en día es solo una batería de demostracin, utilizada en las clases de química de todo el mundo para ilustrar la química redox. A pesar de perder su supremacía en el campo de las baterías, la batería de zinc-cobre presenta varias características (por ejemplo, costo, seguridad, impacto ambiental, densidad de energía, etc.) que la convierten en un sistema de almacenamiento de energía muy prometedor, siempre que se resuelvan sus inconvenientes. El objetivo de este proyecto es optimizar la reacción de la semicelda andica de una celda Daniel. Para lograr esto, se probaron diferentes electrolitos utilizando voltametr as cíclica y lineal, y Espectroscop a de Impedancias Electroqu micas. Para conseguirlo, se llev a cabo una optimización inicial del procedimiento de medida para intentar crear un montaje experimental estable y reproducible. Diversos factores, incluidos el rango de voltaje, la velocidad de barrido, el pretratamiento de los electrodos y la nitrogenación del electrolito, se modificaron para identificar formas de hacer que las mediciones de la celda sean reproducibles y fiables entre experimentos. Post eriormente, se probaron electrolitos ácidos, neutros y alcalinos donde se utilizaron técnicas analíticas, incluido el análisis de Tafel y el análisis de Koutecky-Levich, para determinar cuantitativamente los parámetros cinticos en los diferent es medios. En base a estos result ados, se seleccion el medio ptimo.

[CA] Es requerixen sistemes d'emmagatzemament d'energia rendibles i ecològics per a resoldre la crisi energètica actual. En 1836, el químic britànic John Frederic Daniell va inventar el model bàsic de la bateria de zinc-coure, coneguda hui com a cel·la de Daniell. Inicialment, esta bateria es va utilitzar substancialment com a bateria estacionària per a repetidors de telegrafia remots. No obstant això, amb la invenció de les bateries modernes, ha quedat relegada, i hui en dia és només una bateria de demostracin, utilitzada en les classes de química de tot el món per a il·lustrar la química redox. A pesar de perdre la seua supremacia en el camp de les bateries, la bateria de zinc-coure presenta diverses característiques (per exemple, cost, seguretat, impacte ambiental, densitat d'energia, etc.) que la convertixen en un sistema d'emmagatzemament d'energia molt prometedor, sempre que es resolguen els seus inconvenients. L'objectiu d'este projecte és optimitzar la reacció de la semicelda andica d'una cel·la Daniel. Per a aconseguir açò, es van provar diferents electròlits utilitzant voltametr as cíclica i lineal, i Espectroscop a d'Impedàncies Electroqu miques. Per a aconseguir-ho, es llev a cap una optimització inicial del procediment de mesura per a intentar crear un muntatge experimental estable i reproduïble. Diversos factors, inclosos el rang de voltatge, la velocitat d'agranat, el pretractament dels elèctrodes i la nitrogenación de l'electròlit, es van modificar per a identificar formes de fer que els mesuraments de la cel·la siguen reproduïbles i fiables entre experiments. Post eriormente, es van provar electròlits àcids, neutres i alcalins on es van utilitzar tècniques analítiques, inclòs l'anàlisi de Tafel i l'anàlisi de Koutecky-Levich, per a determinar quantitativament els paràmetres cinticos en els diferent és mitjans. Basant-se en estos result ados, se selecció el mig ptimo.

[EN] Cost-effective and eco-friendly energy storage systems are required to solve the actual energy crisis. In 1836, the British chemist John Frederic Daniell invented the basic model of the zinc-copper battery, known today as the Daniell cell. Initially, this battery was substantially used as a stationary battery for power remote telegraphy repeaters. However, with the invention of modern batteries, it has been relegated, and today it is just a reference standard battery, used in all-around-the-World chemistry classes to illustrate redox chemistry. Despite losing its supremacy in the battery field, the zinc- copper battery presents several characteristics (e.g., cost, safety, environment impact, energy density, etc.) that make it a very promising energy storage system, provided that its drawbacks are solved. The aim of this project is to optimise the anodic half-cell reaction in a Daniel cell. To achieve this, different supporting electrolytes will be tested of varying pH using cyclic and linear voltammetry and electrochemical impedance spectroscopy. The use of a rotating disc electrode (RDE) will be used to examine the effect of mass transfer limitations within the reaction. To achieve this, initial optimisation of the measurements of the half-cell will be carried out to try to create a stable and reproduceable experimental set-up. Varying factors including voltage range, scan rate, pre-treatment of the electrodes, nitrogenation of the electrolyte, will be altered to identify ways to make the cell measurements reproducible and reliable between experiments. Acidic, neutral, and alkaline electrolytes will be tested where analytical techniques, including Tafel analysis and Koutecky-Levich analysis, will be used to quantitively determine kinetic and mass transfer reaction parameters enabling comparison between the different medias tested. A discussion of the electrolyte media which best supports the anodic half-cell will be concluded.