Хвала вам што сте посетили Натуре.цом.Верзија претраживача коју користите има ограничену подршку за ЦСС.За најбоље искуство препоручујемо да користите ажурирани прегледач (или онемогућите режим компатибилности у Интернет Екплорер-у).У међувремену, да бисмо обезбедили сталну подршку, приказаћемо сајт без стилова и ЈаваСцрипт-а.
Вртешка која приказује три слајда у исто време.Користите дугмад Претходно и Следеће да бисте се кретали кроз три слајда одједном или користите дугмад клизача на крају да бисте се кретали кроз три слајда одједном.
Релативно висока цена потпуно ванадијумских редокс батерија (ВРФБ) ограничава њихову широку употребу.Побољшање кинетике електрохемијских реакција је потребно да би се повећала специфична снага и енергетска ефикасност ВРФБ-а, чиме се смањила цена кВх ВРФБ-а.У овом раду, хидротермално синтетизоване наночестице хидратисаног волфрам оксида (ХВО), Ц76 и Ц76/ХВО, депоноване су на електроде од угљеничне тканине и тестиране као електрокатализатори за редокс реакцију ВО2+/ВО2+.Скенирајућа електронска микроскопија поља (ФЕСЕМ), енергетска дисперзивна рендгенска спектроскопија (ЕДКС), трансмисиона електронска микроскопија високе резолуције (ХР-ТЕМ), дифракција рендгенских зрака (КСРД), рендгенска фотоелектронска спектроскопија (КСПС), спектроскопија инфрацрвене Фуријеове трансформације (ФТИР) и контактно мерење угла.Утврђено је да додавање Ц76 фулерена у ХВО може побољшати кинетику електрода повећањем електричне проводљивости и обезбеђивањем оксидованих функционалних група на њеној површини, чиме се промовише редокс реакција ВО2+/ВО2+.ХВО/Ц76 композит (50 теж% Ц76) показао се као најбољи избор за ВО2+/ВО2+ реакцију са ΔЕп од 176 мВ, док је необрађена угљенична тканина (УЦЦ) била 365 мВ.Поред тога, композит ХВО/Ц76 показао је значајан инхибиторни ефекат на реакцију еволуције паразитског хлора због функционалне групе В-ОХ.
Интензивна људска активност и брза индустријска револуција довели су до незаустављиво велике потражње за електричном енергијом, која расте за око 3% годишње1.Деценијама је распрострањена употреба фосилних горива као извора енергије довела до емисија гасова стаклене баште који доприносе глобалном загревању, загађењу воде и ваздуха, угрожавајући читаве екосистеме.Као резултат, очекује се да ће продор чисте и обновљиве енергије ветра и сунца до 2050. године достићи 75% укупне електричне енергије1. Међутим, када удео електричне енергије из обновљивих извора пређе 20% укупне производње електричне енергије, мрежа постаје нестабилна.
Међу свим системима за складиштење енергије као што је хибридна ванадијум редокс батерија2, потпуно ванадијум редокс проточна батерија (ВРФБ) се најбрже развила због својих бројних предности и сматра се најбољим решењем за дуготрајно складиштење енергије (око 30 година).) Опције у комбинацији са обновљивом енергијом4.Ово је због раздвајања снаге и густине енергије, брзог одзива, дугог века трајања и релативно ниске годишње цене од 65 УСД/кВх у поређењу са 93-140 УСД/кВх за Ли-јонске и оловно-киселинске батерије и 279-420 америчких долара по кВх.батерија, односно 4.
Међутим, њихова велика комерцијализација је и даље ограничена њиховим релативно високим капиталним трошковима система, углавном због стекова ћелија4,5.Дакле, побољшање перформанси стека повећањем кинетике две реакције полуелемента може смањити величину стека и тиме смањити трошкове.Због тога је неопходан брз пренос електрона на површину електроде, што зависи од дизајна, састава и структуре електроде и захтева пажљиву оптимизацију6.Упркос доброј хемијској и електрохемијској стабилности и доброј електричној проводљивости угљеничних електрода, њихова необрађена кинетика је спора због одсуства функционалних група кисеоника и хидрофилности7,8.Због тога се различити електрокатализатори комбинују са електродама на бази угљеника, посебно са наноструктурама угљеника и металним оксидима, како би се побољшала кинетика обе електроде, чиме се повећава кинетика ВРФБ електроде.
Поред нашег претходног рада на Ц76, прво смо известили о одличној електрокаталитичкој активности овог фулерена за ВО2+/ВО2+, пренос наелектрисања, у поређењу са топлотно обрађеном и необрађеном угљеничном тканином.Отпор је смањен за 99,5% и 97%.Каталитичке перформансе угљеничних материјала за ВО2+/ВО2+ реакцију у поређењу са Ц76 приказане су у табели С1.С друге стране, многи оксиди метала као што су ЦеО225, ЗрО226, МоО327, НиО28, СнО229, Цр2О330 и ВО331, 32, 33, 34, 35, 36, 37 су коришћени због њихове повећане влажености и богате функционалности кисеоника., 38. група.Каталитичка активност ових металних оксида у реакцији ВО2+/ВО2+ приказана је у табели С2.ВО3 је коришћен у значајном броју радова због ниске цене, високе стабилности у киселим срединама и високе каталитичке активности31,32,33,34,35,36,37,38.Међутим, побољшање катодне кинетике због ВО3 је безначајно.Да би се побољшала проводљивост ВО3, тестиран је ефекат употребе редукованог волфрам оксида (В18О49) на катодну активност38.Хидрирани волфрам оксид (ХВО) никада није тестиран у ВРФБ апликацијама, иако показује повећану активност у применама суперкондензатора због брже дифузије катјона у поређењу са анхидрованим ВОк39,40.Трећа генерација ванадијум редокс проточне батерије користи мешани кисели електролит састављен од ХЦл и Х2СО4 да побољша перформансе батерије и побољша растворљивост и стабилност јона ванадијума у ​​електролиту.Међутим, паразитска реакција еволуције хлора постала је један од недостатака треће генерације, па је потрага за начинима за инхибицију реакције процене хлора постала фокус неколико истраживачких група.
Овде су спроведени тестови реакције ВО2+/ВО2+ на ХВО/Ц76 композитима нанесеним на електроде од угљеничне тканине како би се пронашла равнотежа између електричне проводљивости композита и редокс кинетике површине електроде уз сузбијање паразитске еволуције хлора.одговор (ЦЕР).Наночестице хидратисаног волфрам оксида (ХВО) синтетизоване су једноставном хидротермалном методом.Експерименти су изведени у мешовитом киселом електролиту (Х2СО4/ХЦл) да би се симулирала трећа генерација ВРФБ (Г3) ради практичности и да би се истражио ефекат ХВО на реакцију еволуције паразитског хлора.
Ванадијум(ИВ) сулфат хидрат (ВОСО4, 99,9%, Алфа-Аесер), сумпорна киселина (Х2СО4), хлороводонична киселина (ХЦл), диметилформамид (ДМФ, Сигма-Алдрицх), поливинилиден флуорид (ПВДФ, Сигма)-Алдрицх), натријум диАлхидрохидрат (Х2СО4) и волфрам-хидроксид обогаћен натријум-Ал-2-99% У овој студији коришћена је карбонска тканина ЕЛАТ (Продавница горива).
Хидрирани волфрам оксид (ХВО) је припремљен хидротермалном реакцијом 43 у којој је 2 г На2ВО4 соли растворено у 12 мл Х2О да би се добио безбојни раствор, а затим је у капима додато 12 мл 2 М ХЦл да би се добила бледо жута суспензија.Суспензија је стављена у аутоклав од нерђајућег челика обложена тефлоном и држана у пећници на 180°Ц током 3 сата ради хидротермалне реакције.Остатак је сакупљен филтрацијом, испран 3 пута етанолом и водом, сушен у пећници на 70°Ц око 3 сата, а затим тритуриран да би се добио плаво-сиви прах ХВО.
Добијене (нетретиране) електроде од угљеничне тканине (ЦЦТ) су коришћене као што јесу или термички обрађене у цевној пећи на 450°Ц на ваздуху са брзином загревања од 15 ºЦ/мин током 10 сати да би се добили третирани ЦЦ (ТЦЦ).како је описано у претходном чланку24.УЦЦ и ТЦЦ су исечени на електроде ширине приближно 1,5 цм и дужине 7 цм.Суспензије Ц76, ХВО, ХВО-10% Ц76, ХВО-30% Ц76 и ХВО-50% Ц76 су припремљене додавањем 20 мг ,% (~2,22 мг) ПВДФ везива у ~1 мл ДМФ-а и соникиране током 1 сата да би се побољшала униформност.2 мг композита Ц76, ХВО и ХВО-Ц76 су секвенцијално примењене на површину активне електроде УЦЦ од приближно 1,5 цм2.Сви катализатори су стављени на УЦЦ електроде, а ТЦЦ је коришћен само у сврху поређења, пошто је наш претходни рад показао да није потребна топлотна обрада24.Сталожење отиска је постигнуто четкањем 100 µл суспензије (пуњење 2 мг) за равномернији ефекат.Затим су све електроде осушене у пећници на 60°Ц преко ноћи.Електроде се мере напред и назад како би се обезбедило тачно оптерећење залиха.Да би се имала одређена геометријска површина (~1,5 цм2) и спречило подизање ванадијум електролита до електроде услед капиларног ефекта, преко активног материјала је нанет танак слој парафина.
Скенирајућа електронска микроскопија поља (ФЕСЕМ, Зеисс СЕМ Ултра 60, 5 кВ) коришћена је за посматрање морфологије површине ХВО.Енергетски дисперзивни рендгенски спектрометар опремљен са Феии8СЕМ (ЕДКС, Зеисс Инц.) је коришћен за мапирање ХВО-50%Ц76 елемената на УЦЦ електродама.Трансмисиони електронски микроскоп високе резолуције (ХР-ТЕМ, ЈОЕЛ ЈЕМ-2100) који ради на убрзавајућем напону од 200 кВ коришћен је за снимање ХВО честица веће резолуције и дифракционих прстенова.Софтвер Цристаллограпхи Тоолбок (ЦрисТБок) користи функцију рингГУИ за анализу узорка дифракције ХВО прстена и упоређивање резултата са КСРД узорком.Структура и графитизација УЦЦ и ТЦЦ анализирана је дифракцијом рендгенских зрака (КСРД) при брзини скенирања од 2,4°/мин од 5° до 70° са Цу Кα (λ = 1,54060 А) коришћењем паналитичког рендгенског дифрактометра (модел 3600).КСРД је показао кристалну структуру и фазу ХВО.Софтвер ПАНалитицал КС'Перт ХигхСцоре је коришћен за усклађивање ХВО пикова са мапама волфрам оксида доступним у бази података45.Резултати ХВО су упоређени са ТЕМ резултатима.Хемијски састав и стање узорака ХВО одређивани су рендгенском фотоелектронском спектроскопијом (КСПС, ЕСЦАЛАБ 250Кси, ТхермоСциентифиц).За деконволуцију пикова и анализу података коришћен је софтвер ЦАСА-КСПС (в 2.3.15).За одређивање површинских функционалних група ХВО и ХВО-50%Ц76 мерења су извршена коришћењем инфрацрвене спектроскопије Фуријеове трансформације (ФТИР, Перкин Елмер спектрометар, коришћењем КБр ФТИР).Резултати су упоређени са КСПС резултатима.Мерење контактног угла (КРУСС ДСА25) је такође коришћено за карактеризацију влажења електрода.
За сва електрохемијска мерења коришћена је радна станица Биологиц СП 300.Циклична волтаметрија (ЦВ) и спектроскопија електрохемијске импедансе (ЕИС) коришћене су за проучавање електродне кинетике ВО2+/ВО2+ редокс реакције и утицаја дифузије реагенса (ВОСО4(ВО2+)) на брзину реакције.Обе методе су користиле ћелију са три електроде са концентрацијом електролита од 0,1 М ВОСО4 (В4+) у 1 М Х2СО4 + 1 М ХЦл (мешавина киселина).Сви приказани електрохемијски подаци су ИР кориговани.Засићена каломел електрода (СЦЕ) и платина (Пт) калем су коришћени као референтна и контра електрода, респективно.За ЦВ, брзине скенирања (ν) од 5, 20 и 50 мВ/с су примењене на ВО2+/ВО2+ потенцијални прозор за (0–1) В наспрам СЦЕ, а затим прилагођене за СХЕ да се прикаже (ВСЦЕ = 0,242 В наспрам ХСЕ).Да би се проучавало задржавање активности електрода, поновљени циклични ЦВ су изведени при ν 5 мВ/с за УЦЦ, ТЦЦ, УЦЦ-Ц76, УЦЦ-ХВО и УЦЦ-ХВО-50% Ц76.За ЕИС мерења, опсег фреквенције ВО2+/ВО2+ редокс реакције био је 0,01-105 Хз, а пертурбација напона при напону отвореног кола (ОЦВ) била је 10 мВ.Сваки експеримент је поновљен 2-3 пута да би се обезбедила конзистентност резултата.Хетерогене константе брзине (к0) добијене су Николсоновом методом46,47.
Хидрирани волфрам оксид (ХВО) је успешно синтетизован хидротермалном методом.СЕМ слика на сл.1а показује да се депонована ХВО састоји од кластера наночестица са величинама у опсегу од 25-50 нм.
Рендгенска дифракција ХВО показује пикове (001) и (002) на ~23,5° и ~47,5°, респективно, који су карактеристични за нестехиометријски ВО2.63 (В32О84) (ПДФ 077–0810, а = 21.4 А.8 А, б = 21.4 А, б ? γ = 90°), што одговара њиховој чистој плавој боји (сл. 1б) 48.49.Остали врхови на приближно 20,5°, 27,1°, 28,1°, 30,8°, 35,7°, 36,7° и 52,7° су додељени (140), (620), (350), (720), (740), (560°).) ) и (970) раван дифракције ортогоналне на ВО2.63, респективно.Исту синтетичку методу су користили Сонгара ет ал.43 да би се добио бели производ, који је приписан присуству ВО3(Х2О)0,333.Међутим, у овом раду, услед различитих услова, добијен је плаво-сиви производ, што указује да је ВО3(Х2О)0,333 (ПДФ 087-1203, а = 7,3 А, б = 12,5 А, ц = 7 ,7 А, α = β = γ = 90°) и редуковани облик тунгстена.Семиквантитативна анализа коришћењем софтвера КС'Перт ХигхСцоре показала је 26% ВО3(Х2О)0,333:74% В32О84.Пошто се В32О84 састоји од В6+ и В4+ (1,67:1 В6+:В4+), процењени садржај В6+ и В4+ је око 72% В6+ и 28% В4+, респективно.СЕМ слике, 1-секундни КСПС спектри на нивоу језгра, ТЕМ слике, ФТИР спектри и Раман спектри Ц76 честица су представљени у нашем претходном чланку.Према Кавади ет ал., 50,51 рендгенска дифракција Ц76 након уклањања толуена показала је моноклинску структуру ФЦЦ.
СЕМ слике на сл.2а и б показују да су ХВО и ХВО-50% Ц76 успешно нанесени на и између угљеничних влакана УЦЦ електроде.Мапе ЕДКС елемената волфрама, угљеника и кисеоника на СЕМ сликама на сл.2ц су приказани на сл.2д-ф показује да су волфрам и угљеник равномерно помешани (показујући сличну дистрибуцију) по целој површини електроде и да композит није равномерно депонован због природе методе таложења.
СЕМ слике депонованих ХВО честица (а) и ХВО-Ц76 честица (б).ЕДКС мапирање на ХВО-Ц76 учитаном на УЦЦ користећи област на слици (ц) показује дистрибуцију волфрама (д), угљеника (е) и кисеоника (ф) у узорку.
ХР-ТЕМ је коришћен за снимање са великим увећањем и кристалографске информације (слика 3).ХВО показује морфологију нанокоцке као што је приказано на слици 3а и јасније на слици 3б.Увећањем нанокоцке за дифракцију одабраних области, може се визуелизовати структура решетке и раван дифракције које задовољавају Брагов закон, као што је приказано на слици 3ц, што потврђује кристалност материјала.На уметку на слици 3ц приказано је растојање д 3,3 А које одговара (022) и (620) дифракционим равнима пронађеним у фазама ВО3(Х2О)0,333 и В32О84, респективно43,44,49.Ово је у складу са КСРД анализом описаном изнад (слика 1б) пошто посматрано растојање равни решетке д (слика 3ц) одговара најјачем КСРД пику у узорку ХВО.Узорци прстенова су такође приказани на сл.3д, где сваки прстен одговара посебној равни.Равни ВО3(Х2О)0.333 и В32О84 су обојене бело и плаво, респективно, а њихови одговарајући КСРД пикови су такође приказани на слици 1б.Први прстен приказан на дијаграму прстена одговара првом означеном пику на рендгенском узорку (022) или (620) раван дифракције.Од (022) до (402) прстена, вредности д-размака су 3,30, 3,17, 2,38, 1,93 и 1,69 А, у складу са КСРД вредностима од 3,30, 3,17, 2, 45, 1,93.и 1,66 А, што је једнако 44, 45, респективно.
(а) ХР-ТЕМ слика ХВО, (б) приказује увећану слику.Слике равни решетке су приказане у (ц), уметак (ц) приказује увећану слику равни и корак д од 0,33 нм који одговара равнима (002) и (620).(д) узорак ХВО прстена који показује равни повезане са ВО3(Х2О)0,333 (бела) и В32О84 (плава).
КСПС анализа је извршена да би се одредила хемија површине и оксидационо стање волфрама (Слике С1 и 4).Широк спектар КСПС скенирања синтетизоване ХВО приказан је на слици С1, што указује на присуство волфрама.КСПС спектри уског скенирања нивоа језгра В 4ф и О 1с приказани су на сл.4а и б, респективно.Спектар В 4ф се дели на два спин-орбитална дублета која одговарају енергијама везивања В оксидационог стања.и В 4ф7/2 на 36,6 и 34,9 еВ су карактеристичне за В4+ стање од 40, респективно.)0,333.Прилагођени подаци показују да су атомски проценти В6+ и В4+ 85% и 15%, респективно, што је близу вредностима процењеним из КСРД података с обзиром на разлике између две методе.Обе методе дају квантитативне информације са малом тачношћу, посебно КСРД.Такође, ове две методе анализирају различите делове материјала јер је КСРД масовна метода, док је КСПС површински метод који се приближава само неколико нанометара.О 1с спектар је подељен на два пика на 533 (22,2%) и 530,4 еВ (77,8%).Први одговара ОХ, а други кисеониковим везама у решетки у ВО.Присуство ОХ функционалних група је у складу са својствима хидратације ХВО.
ФТИР анализа је такође извршена на ова два узорка да би се испитало присуство функционалних група и координирајућих молекула воде у хидратисаној ХВО структури.Резултати показују да ХВО-50% Ц76 узорак и ФТ-ИР ХВО резултати изгледају слични због присуства ХВО, али се интензитет пикова разликује због различите количине узорка коришћеног за припрему за анализу (слика 5а).) ХВО-50% Ц76 показује да су сви пикови, осим пика волфрам оксида, повезани са фулереном 24. Детаљно на сл.Слика 5а показује да оба узорка показују веома јаку широку траку на ~ 710 / цм која се приписује осцилацијама истезања ОВО у структури ХВО решетке, са јаким раменом на ~ 840 / цм који се приписује ВО.За вибрације истезања, оштра трака на око 1610/цм се приписује вибрацијама савијања ОХ, док се широка трака апсорпције на око 3400/цм приписује вибрацијама истезања ОХ у хидроксилним групама43.Ови резултати су у складу са КСПС спектрима на Сл.4б, где ВО функционалне групе могу да обезбеде активна места за ВО2+/ВО2+ реакцију.
ФТИР анализа ХВО и ХВО-50% Ц76 (а), назначене функционалне групе и мерења контактног угла (б, ц).
ОХ група такође може да катализује ВО2+/ВО2+ реакцију, док повећава хидрофилност електроде, чиме се промовише брзина дифузије и преноса електрона.Као што је приказано, узорак ХВО-50% Ц76 показује додатни пик за Ц76.Врхови на ~2905, 2375, 1705, 1607 и 1445 цм3 могу се приписати вибрацијама истезања ЦХ, О=Ц=О, Ц=О, Ц=Ц и ЦО, респективно.Добро је познато да функционалне групе кисеоника Ц=О и ЦО могу послужити као активни центри за редокс реакције ванадијума.Да би се тестирала и упоредила квашење две електроде, мерења контактног угла су извршена као што је приказано на слици 5б,ц.ХВО електрода је одмах апсорбовала капљице воде, што указује на суперхидрофилност због доступних ОХ функционалних група.ХВО-50% Ц76 је хидрофобнији, са контактним углом од око 135° након 10 секунди.Међутим, у електрохемијским мерењима, електрода ХВО-50%Ц76 постала је потпуно влажна за мање од једног минута.Мерења влажења су у складу са КСПС и ФТИР резултатима, што указује да више ОХ група на површини ХВО чини је релативно хидрофилнијом.
Тестиране су ВО2+/ВО2+ реакције ХВО и ХВО-Ц76 нанокомпозита и очекивало се да ће ХВО потиснути еволуцију хлора у ВО2+/ВО2+ реакцији у мешаној киселини, а Ц76 ће даље катализирати жељену редокс реакцију ВО2+/ВО2+.%, 30% и 50% Ц76 у ХВО суспензијама и ЦЦЦ депонованим на електродама са укупним оптерећењем од око 2 мг/цм2.
Као што је приказано на сл.6, кинетика ВО2+/ВО2+ реакције на површини електроде испитана је ЦВ у мешовитом киселом електролиту.Струје су приказане као И/Ипа ради лакшег поређења ΔЕп и Ипа/Ипц за различите катализаторе директно на графикону.Подаци о тренутној јединици површине приказани су на слици 2С.На сл.Слика 6а показује да ХВО незнатно повећава брзину преноса електрона редокс реакције ВО2+/ВО2+ на површини електроде и потискује реакцију еволуције паразитског хлора.Међутим, Ц76 значајно повећава брзину преноса електрона и катализује реакцију еволуције хлора.Стога се очекује да правилно формулисани композит ХВО и Ц76 има најбољу активност и највећу способност да инхибира реакцију еволуције хлора.Утврђено је да је након повећања садржаја Ц76 електрохемијска активност електрода побољшана, о чему сведочи смањење ΔЕп и повећање односа Ипа/Ипц (Табела С3).Ово је такође потврђено РЦТ вредностима екстрахованим из Најквистове графике на слици 6д (Табела С3), за које је утврђено да се смањују са повећањем садржаја Ц76.Ови резултати су такође у складу са Лијевом студијом, у којој је додавање мезопорозног угљеника мезопорозном ВО3 показало побољшану кинетику преноса наелектрисања на ВО2+/ВО2+35.Ово указује да директна реакција може више зависити од проводљивости електроде (Ц=Ц веза) 18, 24, 35, 36, 37. Ово такође може бити последица промене геометрије координације између [ВО(Х2О)5]2+ и [ВО2(Х2О)4]+, Ц76 смањује пренапон реакционе енергије у ткиву.Међутим, то можда неће бити могуће са ХВО електродама.
(а) Циклично волтаметријско понашање (ν = 5 мВ/с) реакције ВО2+/ВО2+ композита УЦЦ и ХВО-Ц76 са различитим односима ХВО:Ц76 у 0,1 М ВОСО4/1 М Х2СО4 + 1 М ХЦл електролиту.(б) Рандлес-Севцхик и (ц) Николсонов ВО2+/ВО2+ метод за процену ефикасности дифузије и добијање вредности к0(д).
Не само да је ХВО-50% Ц76 показивао скоро исту електрокаталитичку активност као Ц76 за ВО2+/ВО2+ реакцију, већ је, што је још занимљивије, додатно потиснуо еволуцију хлора у поређењу са Ц76, као што је приказано на слици 6а, а такође показује и мањи полукруг на сл.6д (доњи РЦТ).Ц76 је показао већи привидни Ипа/Ипц од ХВО-50% Ц76 (Табела С3), не због побољшане реверзибилности реакције, већ због преклапања врха реакције редукције хлора са СХЕ на 1,2 В. Најбоље перформансе ХВО- 50% Ц76 се приписује негативном синергистичком ефекту проводљивости и високо функционалног проводљивости В-а. ити он ХВО.Мања емисија хлора ће побољшати ефикасност пуњења пуне ћелије, док ће побољшана кинетика побољшати ефикасност напона пуне ћелије.
Према једначини С1, за квази-реверзибилну (релативно спор пренос електрона) реакцију контролисану дифузијом, вршна струја (ИП) зависи од броја електрона (н), површине електроде (А), коефицијента дифузије (Д), броја коефицијента преноса електрона (α) и брзине скенирања (ν).У циљу проучавања понашања контролисаног дифузијом тестираних материјала, однос између ИП и ν1/2 је нацртан и представљен на Слици 6б.Пошто сви материјали показују линеарну везу, реакција се контролише дифузијом.Пошто је реакција ВО2+/ВО2+ квази-реверзибилна, нагиб линије зависи од коефицијента дифузије и вредности α (једначина С1).Пошто је коефицијент дифузије константан (≈ 4 × 10–6 цм2/с)52, разлика у нагибу линије директно указује на различите вредности α, а самим тим и на брзину преноса електрона на површини електроде, што је приказано за Ц76 и ХВО -50% Ц76 Најстрмији нагиб (највећа брзина преноса електрона).
Варбургови нагиби (В) израчунати за ниске фреквенције приказане у табели С3 (слика 6д) имају вредности блиске 1 за све материјале, што указује на савршену дифузију редокс врста и потврђује линеарно понашање ИП у поређењу са ν1/2. ЦВ се мери.За ХВО-50% Ц76, Варбургов нагиб одступа од 1 до 1,32, што указује не само на полу-бесконачну дифузију реагенса (ВО2+), већ и на могући допринос понашања танког слоја дифузијском понашању због порозности електроде.
Да би се даље анализирала реверзибилност (брзина преноса електрона) ВО2+/ВО2+ редокс реакције, коришћена је и Николсонова метода квазиреверзибилне реакције за одређивање стандардне константе брзине к041.42.Ово се ради помоћу С2 једначине за конструисање бездимензионалног кинетичког параметра Ψ, који је функција ΔЕп, као функција ν-1/2.Табела С4 приказује Ψ вредности добијене за сваки материјал електроде.Резултати (слика 6ц) су уцртани тако да се добије к0 × 104 цм/с од нагиба сваког графикона коришћењем једначине С3 (написане поред сваког реда и представљене у табели С4).Утврђено је да ХВО-50% Ц76 има највећи нагиб (слика 6ц), па је максимална вредност к0 2,47 × 10–4 цм/с.То значи да ова електрода постиже најбржу кинетику, што је у складу са резултатима ЦВ и ЕИС на сликама 6а и д и у табели С3.Поред тога, вредност к0 је такође добијена из Најквистовог дијаграма (слика 6д) једначине С4 коришћењем РЦТ вредности (табела С3).Ови к0 резултати из ЕИС-а су сажети у табели С4 и такође показују да ХВО-50% Ц76 показује највећу брзину преноса електрона због синергистичког ефекта.Иако се вредности к0 разликују због различитог порекла сваке методе, оне и даље показују исти ред величине и показују доследност.
Да би се у потпуности разумела добијена одлична кинетика, важно је упоредити оптималне материјале електрода са необложеним УЦЦ и ТЦЦ електродама.За ВО2+/ВО2+ реакцију, ХВО-Ц76 не само да је показао најнижи ΔЕп и бољу реверзибилност, већ је такође значајно потиснуо реакцију еволуције паразитског хлора у поређењу са ТЦЦ, мерено струјом на 1,45 В у односу на СХЕ (слика 7а).У погледу стабилности, претпоставили смо да је ХВО-50% Ц76 физички стабилан јер је катализатор помешан са ПВДФ везивом, а затим нанет на електроде од угљеничне тканине.ХВО-50% Ц76 је показао помак врха од 44 мВ (стопа деградације 0,29 мВ/циклус) након 150 циклуса у поређењу са 50 мВ за УЦЦ (Слика 7б).Ово можда није велика разлика, али кинетика УЦЦ електрода је веома спора и деградира се са циклусом, посебно за реверзне реакције.Иако је реверзибилност ТЦЦ-а много боља од оне код УЦЦ-а, утврђено је да ТЦЦ има велики помак врха од 73 мВ након 150 циклуса, што може бити због велике количине хлора формираног на његовој површини.тако да катализатор добро пријања на површину електроде.Као што се може видети из свих тестираних електрода, чак и електроде без подржаних катализатора показале су различите степене нестабилности циклуса, што сугерише да је промена у одвајању врхова током циклуса последица деактивације материјала изазваног хемијским променама, а не одвајањем катализатора.Поред тога, ако би се велика количина честица катализатора одвојила од површине електроде, то би резултирало значајним повећањем одвајања пикова (не само 44 мВ), пошто је супстрат (УЦЦ) релативно неактиван за ВО2+/ВО2+ редокс реакцију.
Поређење ЦВ најбољег материјала електроде у поређењу са УЦЦ (а) и стабилности ВО2+/ВО2+ редокс реакције (б).ν = 5 мВ/с за све ЦВ у 0,1 М ВОСО4/1 М Х2СО4 + 1 М ХЦл електролиту.
Да би се повећала економска привлачност ВРФБ технологије, проширење и разумевање кинетике редокс реакција ванадијума је од суштинског значаја за постизање високе енергетске ефикасности.Припремљени су композити ХВО-Ц76 и испитан је њихов електрокаталитички ефекат на реакцију ВО2+/ВО2+.ХВО је показао мало кинетичко побољшање у мешаним киселим електролитима, али је значајно потиснуо еволуцију хлора.Различити односи ХВО:Ц76 су коришћени за даљу оптимизацију кинетике електрода заснованих на ХВО.Повећање Ц76 у ХВО побољшава кинетику преноса електрона реакције ВО2+/ВО2+ на модификованој електроди, од којих је ХВО-50% Ц76 најбољи материјал јер смањује отпор преноса наелектрисања и даље потискује хлор у поређењу са Ц76 и ТЦЦ депозитом..Ово је због синергистичког ефекта између Ц=Ц сп2 хибридизације, ОХ и В-ОХ функционалних група.Утврђено је да је стопа деградације након поновљеног циклуса ХВО-50% Ц76 0,29 мВ/циклус, док је стопа деградације УЦЦ и ТЦЦ 0,33 мВ/циклус и 0,49 мВ/циклус, респективно, што га чини веома стабилним.у мешаним киселим електролитима.Представљени резултати успешно идентификују материјале електрода високих перформанси за ВО2+/ВО2+ реакцију са брзом кинетиком и високом стабилношћу.Ово ће повећати излазни напон, чиме ће се повећати енергетска ефикасност ВРФБ, чиме ће се смањити трошкови његове будуће комерцијализације.
Скупови података коришћени и/или анализирани у тренутној студији доступни су од одговарајућих аутора на разуман захтев.
Лудерер Г. ет ал.Процена енергије ветра и сунца у глобалним енергетским сценаријима са ниским садржајем угљеника: Увод.уштеда енергије.64, 542–551.хттпс://дои.орг/10.1016/ј.енецо.2017.03.027 (2017).
Лее, ХЈ, Парк, С. & Ким, Х. Анализа утицаја преципитације МнО2 на перформансе батерије са редокс протоком ванадијума/мангана. Лее, ХЈ, Парк, С. & Ким, Х. Анализа утицаја преципитације МнО2 на перформансе батерије са редокс протоком ванадијума/мангана.Лее, ХЈ, Парк, С. и Ким, Х. Анализа утицаја депозиције МнО2 на перформансе батерије са редокс протоком ванадијум-мангана. Лее, ХЈ, Парк, С. & Ким, Х. МнО2 沉淀对钒/锰氧化还原液流电池性能影响的分析。 Лее, ХЈ, Парк, С. & Ким, Х. МнО2Лее, ХЈ, Парк, С. и Ким, Х. Анализа утицаја депозиције МнО2 на перформансе батерија са редокс протоком ванадијум-мангана.Ј. Елецтроцхемистри.Социјалистичка партија.165(5), А952-А956.хттпс://дои.орг/10.1149/2.0881805јес (2018).
Схах, ​​АА, Тангирала, Р., Сингх, Р., Виллс, РГА & Валсх, ФЦ Динамички модел јединичне ћелије за потпуно ванадијумску батерију. Схах, ​​АА, Тангирала, Р., Сингх, Р., Виллс, РГА & Валсх, ФЦ Динамички модел јединичне ћелије за потпуно ванадијумску батерију.Схах АА, Тангирала Р, Сингх Р, Виллс РГ.и Валсх ФК Динамички модел елементарне ћелије батерије са потпуно ванадијским протоком. Схах, ​​АА, Тангирала, Р., Сингх, Р., Виллс, РГА & Валсх, ФЦ 全钒液流电池的动态单元电池模型。 Схах, ​​АА, Тангирала, Р., Сингх, Р., Виллс, РГА & Валсх, ФЦ.Схах АА, Тангирала Р, Сингх Р, Виллс РГ.и Валсх ФК Модел динамичке ћелије потпуно ванадијум редокс батерије.Ј. Елецтроцхемистри.Социјалистичка партија.158(6), А671.хттпс://дои.орг/10.1149/1.3561426 (2011).
Гандоми, ИА, Аарон, ДС, Заводзински, ТА & Менцх, ММ Ин ситу мерење дистрибуције потенцијала и валидирани модел за потпуно редокс батерију протока ванадијума. Гандоми, ИА, Аарон, ДС, Заводзински, ТА & Менцх, ММ Ин ситу мерење дистрибуције потенцијала и валидирани модел за потпуно редокс батерију протока ванадијума.Гандоми, Иу.А., Аарон, ДС, Заводзински, ТА и Менцх, ММ Мерење дистрибуције потенцијала на лицу места и валидирани модел за редокс потенцијал батерије са протоком ванадијума. Гандоми, ИА, Аарон, ДС, Заводзински, ТА & Менцх, ММ 全钒氧化还原液流电池的原位电位分布测量和验证ろ Гандоми, ИА, Аарон, ДС, Заводзински, ТА & Менцх, ММ.Модел мерења и валидације дистрибуције потенцијала редокс 全ванадијум оксидазе液流液的原位.Гандоми, Иу.А., Аарон, ДС, Заводзински, ТА и Менцх, ММ Мерење модела и верификација ин-ситу потенцијалне дистрибуције за редокс батерије са пуно ванадијума.Ј. Елецтроцхемистри.Социјалистичка партија.163(1), А5188-А5201.хттпс://дои.орг/10.1149/2.0211601јес (2016).
Тсусхима, С. & Сузуки, Т. Моделирање и симулација редокс батерије ванадијума са интердигиталним пољем протока за оптимизацију архитектуре електрода. Тсусхима, С. & Сузуки, Т. Моделирање и симулација редокс батерије ванадијума са интердигиталним пољем протока за оптимизацију архитектуре електрода.Тсусхима, С. и Сузуки, Т. Моделирање и симулација проточне ванадијум редокс батерије са контраполаризованим протоком за оптимизацију архитектуре електроде. Тсусхима, С. & Сузуки, Т. Тсусхима, С. & Сузуки, Т. Моделирање и симулација за оптимизацију структуре електроде.Тсусхима, С. и Сузуки, Т. Моделирање и симулација батерија са редокс протоком ванадијума са контра-пинским струјним пољима за оптимизацију структуре електроде.Ј. Елецтроцхемистри.Социјалистичка партија.167(2), 020553. хттпс://дои.орг/10.1149/1945-7111/аб6дд0 (2020).
Сун, Б. & Скиллас-Казацос, М. Модификација материјала графитних електрода за примену редокс батерија ванадијума—И. Сун, Б. & Скиллас-Казацос, М. Модификација материјала графитних електрода за примену редокс батерија ванадијума—И.Сун, Б. и Сциллас-Казакос, М. Модификација материјала графитних електрода за ванадијум редокс батерије – И. Сун, Б. & Скиллас-Казацос, М. 石墨电极材料在钒氧化还原液流电池应用中的改性——И。 Сун, Б. & Скиллас-Казацос, М. Модификација материјала електроде 石墨 у примени течних батерија са смањењем оксидације ванадијума——И.Сун, Б. и Сциллас-Казакос, М. Модификација материјала графитних електрода за употребу у ванадијум редокс батеријама – И.топлотна обрада Елецтроцхем.Ацта 37(7), 1253-1260.хттпс://дои.орг/10.1016/0013-4686(92)85064-Р (1992).
Лиу, Т., Ли, Кс., Зханг, Х. & Цхен, Ј. Напредак на материјалима електрода према ванадијумским батеријама (ВФБ) са побољшаном густином снаге. Лиу, Т., Ли, Кс., Зханг, Х. & Цхен, Ј. Напредак на материјалима електрода према ванадијумским батеријама (ВФБ) са побољшаном густином снаге.Лиу, Т., Ли, Кс., Зханг, Х. и Цхен, Ј. Напредак у електродним материјалима до ванадијумских батерија (ВФБ) са побољшаном густином снаге. Лиу, Т., Ли, Кс., Зханг, Х. & Цхен, Ј. 提高功率密度的钒液流电池(ВФБ) 电极材料的进展。 Лиу, Т., Ли, Кс., Зханг, Х. & Цхен, Ј.Лиу, Т., Ли, С., Зханг, Х. и Цхен, Ј. Напредак у материјалима електрода за батерије са редокс протоком ванадијума (ВФБ) са повећаном густином снаге.Ј. Енерги Цхемистри.27(5), 1292-1303.хттпс://дои.орг/10.1016/ј.јецхем.2018.07.003 (2018).
Лиу, КХ ет ал.Високоефикасна проточна редокс ћелија ванадијума са оптимизованом конфигурацијом електрода и избором мембране.Ј. Елецтроцхемистри.Социјалистичка партија.159(8), А1246-А1252.хттпс://дои.орг/10.1149/2.051208јес (2012).
Веи, Г., Јиа, Ц., Лиу, Ј. & Иан, Ц. Угљеничне наноцеви са подршком од филца, катализатори, композитна електрода за примену батерија са редокс протоком ванадијума. Веи, Г., Јиа, Ц., Лиу, Ј. & Иан, Ц. Угљеничне наноцеви са подршком од филца, катализатори, композитна електрода за примену батерија са редокс протоком ванадијума.Веи, Г., Јиа, К., Лиу, Ј. и Ианг, К. Композитни електродни катализатори на бази угљеничних наноцеви са подлогом од угљеничног филца за употребу у ванадијум редокс батерији. Веи, Г., Јиа, Ц., Лиу, Ј. & Иан, Ц. 用于钒氧化还原液流电池应用的碳毡负载碳纳米管催化 Веи, Г., Јиа, Ц., Лиу, Ј. & Иан, Ц. Композитна електрода катализатора од угљеничних наноцеви напуњена угљеником за примену течног протока батерије са смањењем оксидације ванадијума.Веи, Г., Јиа, К., Лиу, Ј. и Ианг, К. Композитна електрода од катализатора од угљеничних наноцеви са подлогом од угљеничног филца за примену у ванадијум редокс батеријама.Ј. Повер.220, 185–192.хттпс://дои.орг/10.1016/ј.јповсоур.2012.07.081 (2012).
Моон, С., Квон, БВ, Цхунг, И. & Квон, И. Ефекат бизмут сулфата обложеног на закисељени ЦНТ на перформансе батерије са редокс протоком ванадијума. Моон, С., Квон, БВ, Цхунг, И. & Квон, И. Ефекат бизмут сулфата обложеног на закисељени ЦНТ на перформансе батерије са редокс протоком ванадијума.Моон, С., Квон, БВ, Цханг, И. и Квон, И. Утицај бизмут сулфата депонованог на оксидоване ЦНТ на карактеристике проточне ванадијум редокс батерије. Моон, С., Квон, БВ, Цхунг, И. & Квон, И. 涂在酸化ЦНТ 上的硫酸铋对钒氧化还原液流电池性能的む影化ЦНТ Моон, С., Квон, БВ, Цхунг, И. & Квон, И. Ефекат бизмут сулфата на ЦНТ оксидацију на перформансе батерије течног протока редукције оксидације ванадијума.Моон, С., Квон, БВ, Цханг, И. и Квон, И. Утицај бизмут сулфата депонованог на оксидоване ЦНТ на карактеристике проточних ванадијум редокс батерија.Ј. Елецтроцхемистри.Социјалистичка партија.166(12), А2602.хттпс://дои.орг/10.1149/2.1181912јес (2019).
Хуанг Р.-Х.Пт/вишеслојне угљеничне наноцеви модификоване активне електроде за батерије са редокс протоком ванадијума.Ј. Елецтроцхемистри.Социјалистичка партија.159(10), А1579.хттпс://дои.орг/10.1149/2.003210јес (2012).
Кахн, С. ет ал.Ванадијум редокс батерије користе електрокатализаторе украшене угљеничним наноцевима допираним азотом добијеним из органометалних скела.Ј. Елецтроцхемистри.Социјалистичка партија.165(7), А1388.хттпс://дои.орг/10.1149/2.0621807јес (2018).
Кхан, П. ет ал.Графен оксидни нанопласти служе као одлични електрохемијски активни материјали за ВО2+/ и В2+/В3+ редокс парове у ванадијум редокс батеријама.Царбон 49(2), 693–700.хттпс://дои.орг/10.1016/ј.царбон.2010.10.022 (2011).
Гонзалез З. ет ал.Изванредне електрохемијске перформансе графитног филца модификованог графеном за апликације ванадијум редокс батерија.Ј. Повер.338, 155-162.хттпс://дои.орг/10.1016/ј.јповсоур.2016.10.069 (2017).
Гонзалез, З., Визиреану, С., Динесцу, Г., Бланцо, Ц. & Сантамариа, Р. Танки филмови са угљеничним нанозидима као наноструктурирани електродни материјали у батеријама са редокс протоком ванадијума. Гонзалез, З., Визиреану, С., Динесцу, Г., Бланцо, Ц. & Сантамариа, Р. Танки филмови са угљеничним нанозидима као наноструктурирани електродни материјали у батеријама са редокс протоком ванадијума.Гонзалез З., Визириану С., Динесцу Г., Бланцо Ц. анд Сантамариа Р. Тхин филмс оф царбон нановаллс ас наноструцтуред елецтроде материал ин ванадиум редок флов батерија.Гонзалез З., Визириану С., Динесцу Г., Бланцо С. и Сантамариа Р. Филмови од угљеничних нанозида као наноструктурирани електродни материјали у батеријама са редокс протоком ванадијума.Нано Енерги 1(6), 833–839.хттпс://дои.орг/10.1016/ј.наноен.2012.07.003 (2012).
Опар, ДО, Нанкиа, Р., Лее, Ј. & Јунг, Х. Тродимензионални мезопорозни графен-модификовани угљенични филц за батерије са редокс протоком ванадијума високих перформанси. Опар, ДО, Нанкиа, Р., Лее, Ј. & Јунг, Х. Тродимензионални мезопорозни графен-модификовани угљенични филц за батерије са редокс протоком ванадијума високих перформанси.Опар ДО, Нанкиа Р., Лее Ј. и Иунг Х. Тродимензионални графен-модификовани мезопорозни угљенични филц за батерије са редокс протоком ванадијума високих перформанси. Опар, ДО, Нанкиа, Р., Лее, Ј. & Јунг, Х. 用于高性能钒氧化还原液流电池的三维介孔石墨烢泹毀 Опар, ДО, Нанкиа, Р., Лее, Ј. & Јунг, Х.Опар ДО, Нанкиа Р., Лее Ј. и Иунг Х. Тродимензионални графен-модификовани мезопорозни угљенични филц за батерије са редокс протоком ванадијума високих перформанси.Елецтроцхем.Закон 330, 135276. хттпс://дои.орг/10.1016/ј.елецацта.2019.135276 (2020).