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Erschienen in: Rheologica Acta 6/2022

28.04.2022 | Original Contribution

Rheological behavior of gel polymer electrolytes: yield stress and viscoelasticity

verfasst von: Diego Milián, Denis C. D. Roux, François Caton, Nadia El Kissi

Erschienen in: Rheologica Acta | Ausgabe 6/2022

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Abstract

In redox flow batteries (RFBs), semi-solid flow cells incorporate solid particles in the same medium than the electrolyte in the form of slurry to increase energy efficiency. However, rheological properties of the fluid hosting the solid particles need to favor particle stability and pumping process within the RFB. In this study, the materials used to formulate a gelled polymer electrolyte (GPE), which will be used as a suspending fluid for dense zinc microparticles in a zinc slurry-air RFB, were analyzed. It was found that when using polyacrylic acid and attapulgite gelling agents together, a yield stress behavior was obtained. This satisfactory result was accomplished even in harsh alkaline conditions (pH > 14), representative of the battery operation conditions in which the chemical stability of gelling agents is threatened. Yield stress values were obtained by fitting experimental data to the Herschel-Bulkley model, and results were compared to those obtained by creep tests. Results indicate that the GPEs presented in this study are good candidates to host zinc microparticles for a zinc slurry-air RFB.

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Glossar
τ
Shear stress (Pa)
γ
Strain
\(\dot\gamma\)
Shear rate (s−1)
τ y
Yield stress (Pa)
K
Consistency index (Pa sn)
n
Flow index
η ss
Steady state viscosity (Pa s)
η 1
Elastic dissipation (Pa s)
η 2
Viscosity (Jeffrey model) (Pa s)
G
Elasticity (Jeffrey model) (Pa)
G’
Elastic modulus (Pa)
G’’
Viscous modulus (Pa)
\({K}_{\dot{\gamma }}\)
Shear rate geometrical constant (Rad−1)
K τ
Shear stress geometrical constant (Pa N−1 m−1)
\(\dot\theta\)
Rotational speed (Rad s−1)
Γ
Torque (N m)
R e
Cup radius (m)
R i
Analogous inner cylinder radius (m)
h
Height of the vane geometry (m)
r *
Optimal radial position (m)
Literatur
Zurück zum Zitat Aït-kadi A, Marchal P, Choplin L, Bousmina M (2002) Quantitative analysis of mixer-type rheometers. Can J Chem Eng 80:1166–1174CrossRef Aït-kadi A, Marchal P, Choplin L, Bousmina M (2002) Quantitative analysis of mixer-type rheometers. Can J Chem Eng 80:1166–1174CrossRef
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Zurück zum Zitat Kim H, Jeong G, Kim YU et al (2013) Metallic anodes for next generation secondary batteries. Chem Soc Rev 42:9011–9034CrossRef Kim H, Jeong G, Kim YU et al (2013) Metallic anodes for next generation secondary batteries. Chem Soc Rev 42:9011–9034CrossRef
Zurück zum Zitat Lochhead RY, Davidson JA, Thomas GM (1989) Poly(acrylic acid) thickeners. The importance of gel microrheology and evaluation of hydrophobically modified derivatives as emulsifiers. AdvChemSer 223:113–147 Lochhead RY, Davidson JA, Thomas GM (1989) Poly(acrylic acid) thickeners. The importance of gel microrheology and evaluation of hydrophobically modified derivatives as emulsifiers. AdvChemSer 223:113–147
Metadaten
Titel
Rheological behavior of gel polymer electrolytes: yield stress and viscoelasticity
verfasst von
Diego Milián
Denis C. D. Roux
François Caton
Nadia El Kissi
Publikationsdatum
28.04.2022
Verlag
Springer Berlin Heidelberg
Erschienen in
Rheologica Acta / Ausgabe 6/2022
Print ISSN: 0035-4511
Elektronische ISSN: 1435-1528
DOI
https://doi.org/10.1007/s00397-022-01338-z

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