ขอบคุณที่เยี่ยมชม Nature.comเวอร์ชันเบราว์เซอร์ที่คุณใช้มีการรองรับ CSS ที่จำกัดเพื่อประสบการณ์ที่ดีที่สุด เราขอแนะนำให้คุณใช้เบราว์เซอร์ที่อัปเดตแล้ว (หรือปิดใช้งานโหมดความเข้ากันได้ใน Internet Explorer)ในระหว่างนี้ เพื่อให้แน่ใจว่าได้รับการสนับสนุนอย่างต่อเนื่อง เราจะแสดงไซต์โดยไม่มีสไตล์และ JavaScript
ม้าหมุนที่แสดงสามสไลด์พร้อมกันใช้ปุ่มก่อนหน้าและถัดไปเพื่อเลื่อนผ่านสามสไลด์พร้อมกัน หรือใช้ปุ่มตัวเลื่อนที่ส่วนท้ายเพื่อเลื่อนผ่านสามสไลด์พร้อมกัน
ค่าใช้จ่ายที่ค่อนข้างสูงของแบตเตอรี่รีดอกซ์แบบไหลผ่านวานาเดียมทั้งหมด (VRFBs) จำกัด การใช้งานที่แพร่หลายการปรับปรุงจลนพลศาสตร์ของปฏิกิริยาไฟฟ้าเคมีจำเป็นต้องเพิ่มพลังงานเฉพาะและประสิทธิภาพการใช้พลังงานของ VRFB ซึ่งจะช่วยลดต้นทุนของ kWh ของ VRFBในงานนี้ อนุภาคนาโนทังสเตนออกไซด์ (HWO) ที่สังเคราะห์ด้วยไฮโดรเทอร์มอลด้วยความร้อน, C76 และ C76/HWO ถูกสะสมไว้บนอิเล็กโทรดผ้าคาร์บอนและทดสอบเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาด้วยไฟฟ้าสำหรับปฏิกิริยารีดอกซ์ VO2+/VO2+กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราดภาคสนาม (FESEM), เอ็กซ์เรย์สเปกโทรสโกปีแบบกระจายพลังงาน (EDX), กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่านความละเอียดสูง (HR-TEM), การเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ (XRD), เอ็กซ์เรย์โฟโตอิเล็กตรอนสเปกโทรสโกปี (XPS), อินฟราเรดฟูเรียร์ทรานส์ฟอร์มสเปกโทรสโกปี ( FTIR) และการวัดมุมสัมผัสพบว่าการเติม C76 ฟูลเลอรีนใน HWO สามารถปรับปรุงจลนพลศาสตร์ของอิเล็กโทรดได้โดยการเพิ่มการนำไฟฟ้าและให้หมู่ฟังก์ชันออกซิไดซ์บนพื้นผิว จึงส่งเสริมปฏิกิริยารีดอกซ์ VO2+/VO2+คอมโพสิต HWO/C76 (50 wt% C76) ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าเป็นตัวเลือกที่ดีที่สุดสำหรับปฏิกิริยา VO2+/VO2+ ด้วย ΔEp ที่ 176 mV ในขณะที่ผ้าคาร์บอนที่ไม่ผ่านการบำบัด (UCC) อยู่ที่ 365 mVนอกจากนี้ คอมโพสิต HWO/C76 แสดงผลการยับยั้งอย่างมีนัยสำคัญต่อปฏิกิริยาการวิวัฒนาการของคลอรีนที่เป็นปรสิตเนื่องจากหมู่ฟังก์ชัน W-OH
กิจกรรมของมนุษย์ที่เข้มข้นและการปฏิวัติอุตสาหกรรมอย่างรวดเร็วได้นำไปสู่ความต้องการใช้ไฟฟ้าที่สูงอย่างไม่หยุดยั้ง ซึ่งเพิ่มขึ้นประมาณ 3% ต่อปี1เป็นเวลาหลายทศวรรษมาแล้วที่การใช้เชื้อเพลิงฟอสซิลเป็นแหล่งพลังงานอย่างแพร่หลายนำไปสู่การปล่อยก๊าซเรือนกระจกที่ก่อให้เกิดภาวะโลกร้อน มลพิษทางน้ำและอากาศ คุกคามระบบนิเวศทั้งหมดผลที่ตามมาคือคาดว่าการแทรกซึมของพลังงานลมและพลังงานแสงอาทิตย์ที่สะอาดและหมุนเวียนจะสูงถึง 75% ของไฟฟ้าทั้งหมดภายในปี 20501 อย่างไรก็ตาม เมื่อส่วนแบ่งของไฟฟ้าจากแหล่งพลังงานหมุนเวียนเกิน 20% ของการผลิตไฟฟ้าทั้งหมด โครงข่ายไฟฟ้าจะไม่เสถียร
ในบรรดาระบบกักเก็บพลังงานทั้งหมด เช่น แบตเตอรี่ไฮบริดวาเนเดียมรีดอกซ์โฟลว์2 แบตเตอรี่อัล-วานาเดียมรีดอกซ์โฟลว์ (VRFB) ได้รับการพัฒนาอย่างรวดเร็วที่สุดเนื่องจากมีข้อได้เปรียบมากมาย และถือเป็นทางออกที่ดีที่สุดสำหรับการจัดเก็บพลังงานในระยะยาว (ประมาณ 30 ปี)) ทางเลือกร่วมกับพลังงานหมุนเวียน4.เนื่องจากการแยกพลังงานและความหนาแน่นของพลังงาน การตอบสนองที่รวดเร็ว อายุการใช้งานที่ยาวนาน และต้นทุนต่อปีที่ค่อนข้างต่ำที่ 65 ดอลลาร์/กิโลวัตต์ชั่วโมง เทียบกับ 93-140 ดอลลาร์/กิโลวัตต์ชั่วโมงสำหรับแบตเตอรี่ Li-ion และตะกั่วกรด และ 279-420 ดอลลาร์สหรัฐต่อกิโลวัตต์ชั่วโมงแบตเตอรี่ตามลำดับ4.
อย่างไรก็ตาม การค้าขนาดใหญ่ของพวกเขายังคงมีข้อจำกัดจากต้นทุนระบบที่ค่อนข้างสูง ซึ่งสาเหตุหลักมาจากเซลล์สแต็ค4,5ดังนั้น การปรับปรุงประสิทธิภาพของสแต็คโดยการเพิ่มจลนพลศาสตร์ของปฏิกิริยาครึ่งองค์ประกอบทั้งสองสามารถลดขนาดสแต็คและทำให้ต้นทุนลดลงดังนั้น การถ่ายโอนอิเล็กตรอนอย่างรวดเร็วไปยังพื้นผิวอิเล็กโทรดจึงเป็นสิ่งจำเป็น ซึ่งขึ้นอยู่กับการออกแบบ องค์ประกอบ และโครงสร้างของอิเล็กโทรด และต้องการการปรับให้เหมาะสมอย่างระมัดระวัง6แม้จะมีความเสถียรทางเคมีและเคมีไฟฟ้าที่ดีและการนำไฟฟ้าที่ดีของอิเล็กโทรดคาร์บอน แต่จลนพลศาสตร์ที่ไม่ผ่านการบำบัดของพวกมันจะซบเซาเนื่องจากไม่มีหมู่ฟังก์ชันออกซิเจนและความชอบน้ำ7,8ดังนั้น ตัวเร่งปฏิกิริยาไฟฟ้าต่างๆ จึงถูกรวมเข้ากับอิเล็กโทรดที่มีคาร์บอนเป็นองค์ประกอบ โดยเฉพาะอย่างยิ่งโครงสร้างนาโนคาร์บอนและออกไซด์ของโลหะ เพื่อปรับปรุงจลนพลศาสตร์ของอิเล็กโทรดทั้งสอง ซึ่งจะเป็นการเพิ่มจลนพลศาสตร์ของอิเล็กโทรด VRFB
นอกจากงานก่อนหน้าของเราเกี่ยวกับ C76 แล้ว อันดับแรกเราได้รายงานกิจกรรมทางไฟฟ้าที่ยอดเยี่ยมของฟูลเลอรีนนี้สำหรับ VO2+/VO2+ การถ่ายโอนประจุ เปรียบเทียบกับผ้าคาร์บอนที่ผ่านการอบด้วยความร้อนและไม่ผ่านการบำบัดความต้านทานลดลง 99.5% และ 97%ประสิทธิภาพการเร่งปฏิกิริยาของวัสดุคาร์บอนสำหรับปฏิกิริยา VO2+/VO2+ ที่เปรียบเทียบกับ C76 แสดงไว้ในตาราง S1ในทางกลับกัน ออกไซด์ของโลหะหลายชนิด เช่น CeO225, ZrO226, MoO327, NiO28, SnO229, Cr2O330 และ WO331, 32, 33, 34, 35, 36, 37 ถูกนำมาใช้เนื่องจากความสามารถในการเปียกน้ำที่เพิ่มขึ้นและการทำงานของออกซิเจนที่อุดมสมบูรณ์, 38. กลุ่ม.กิจกรรมการเร่งปฏิกิริยาของออกไซด์ของโลหะเหล่านี้ในปฏิกิริยา VO2+/VO2+ แสดงไว้ในตาราง S2WO3 ถูกนำมาใช้ในงานจำนวนมากเนื่องจากต้นทุนต่ำ ความเสถียรสูงในตัวกลางที่เป็นกรด และกิจกรรมการเร่งปฏิกิริยาสูง31,32,33,34,35,36,37,38อย่างไรก็ตาม การปรับปรุงจลนพลศาสตร์ของแคโทดิกเนื่องจาก WO3 นั้นไม่มีนัยสำคัญเพื่อปรับปรุงการนำไฟฟ้าของ WO3 ได้ทำการทดสอบผลของการใช้ทังสเตนออกไซด์ที่ลดลง (W18O49) ต่อกิจกรรมของแคโทดิก38ทังสเตนออกไซด์ที่ให้ความชุ่มชื้น (HWO) ไม่เคยได้รับการทดสอบในการใช้งาน VRFB แม้ว่าจะแสดงกิจกรรมที่เพิ่มขึ้นในการใช้งานซุปเปอร์คาปาซิเตอร์เนื่องจากการแพร่กระจายของไอออนบวกที่เร็วกว่าเมื่อเทียบกับ WOx39,40 ที่ปราศจากน้ำแบตเตอรี่วาเนเดียมรีดอกซ์โฟลว์รุ่นที่สามใช้อิเล็กโทรไลต์ที่เป็นกรดผสมซึ่งประกอบด้วย HCl และ H2SO4 เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพของแบตเตอรี่และปรับปรุงความสามารถในการละลายและความเสถียรของวาเนเดียมไอออนในอิเล็กโทรไลต์อย่างไรก็ตาม ปฏิกิริยาการวิวัฒนาการของคลอรีนที่เป็นปรสิตได้กลายเป็นหนึ่งในข้อเสียของรุ่นที่สาม ดังนั้นการค้นหาวิธียับยั้งปฏิกิริยาการประเมินคลอรีนจึงกลายเป็นจุดสนใจของกลุ่มวิจัยหลายกลุ่ม
ที่นี่ การทดสอบปฏิกิริยา VO2+/VO2+ ได้ดำเนินการบนคอมโพสิต HWO/C76 ที่สะสมไว้บนอิเล็กโทรดผ้าคาร์บอน เพื่อค้นหาความสมดุลระหว่างการนำไฟฟ้าของคอมโพสิตและจลนพลศาสตร์รีดอกซ์ของพื้นผิวอิเล็กโทรด ในขณะที่ยับยั้งการวิวัฒนาการของคลอรีนที่เป็นปรสิตการตอบสนอง (CER)อนุภาคนาโนทังสเตนออกไซด์ที่ไฮเดรต (HWO) ถูกสังเคราะห์โดยวิธีไฮโดรเทอร์มอลอย่างง่ายทำการทดลองในอิเล็กโทรไลต์ที่เป็นกรดผสม (H2SO4/HCl) เพื่อจำลอง VRFB รุ่นที่สาม (G3) เพื่อการใช้งานจริง และเพื่อตรวจสอบผลกระทบของ HWO ต่อปฏิกิริยาวิวัฒนาการของคลอรีนที่เป็นปรสิต
วานาเดียม(IV) ซัลเฟตไฮเดรต (VOSO4, 99.9%, Alfa-Aeser), กรดซัลฟิวริก (H2SO4), กรดไฮโดรคลอริก (HCl), ไดเมทิลฟอร์มาไมด์ (DMF, Sigma-Aldrich), โพลิไวนิลิดีนฟลูออไรด์ (PVDF, Sigma)-Aldrich), โซเดียมทังสเตนออกไซด์ไดไฮเดรต (Na2WO4, 99%, Sigma-Aldrich) และผ้าคาร์บอนที่ชอบน้ำ ELAT (ร้านเซลล์เชื้อเพลิง) มาใช้ในการศึกษานี้
ทังสเตนออกไซด์ที่ไฮเดรต (HWO) ถูกเตรียมโดยปฏิกิริยาไฮโดรเทอร์มอล 43 โดยที่เกลือ Na2WO4 2 กรัมถูกละลายใน H2O 12 มล. เพื่อให้สารละลายไม่มีสี จากนั้น 12 มล. ของ 2 M HCl ถูกเติมแบบหยดเพื่อให้สารแขวนลอยสีเหลืองอ่อนสารละลายถูกวางในหม้อนึ่งฆ่าเชื้อเหล็กกล้าไร้สนิมเคลือบเทฟล่อนและเก็บไว้ในเตาอบที่อุณหภูมิ 180 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 3 ชั่วโมงสำหรับปฏิกิริยาไฮโดรเทอร์มอลรวบรวมสิ่งตกค้างโดยการกรอง ล้าง 3 ครั้งด้วยเอธานอลและน้ำ อบแห้งในเตาอบที่อุณหภูมิ 70°C เป็นเวลา ~3 ชั่วโมง จากนั้นบดละเอียดเพื่อให้ได้ผง HWO สีเทาอมฟ้า
อิเล็กโทรดผ้าคาร์บอน (CCT) ที่ได้รับ (ไม่ผ่านการบำบัด) ถูกนำมาใช้ตามที่เป็นอยู่หรือผ่านการให้ความร้อนในเตาเผาแบบท่อที่ 450°C ในอากาศด้วยอัตราการให้ความร้อน 15 ºC/นาที เป็นเวลา 10 ชั่วโมงเพื่อให้ได้ CCs ที่บำบัดแล้ว (TCC)ตามที่อธิบายไว้ในบทความที่แล้ว 24UCC และ TCC ถูกตัดเป็นอิเล็กโทรดกว้างประมาณ 1.5 ซม. และยาว 7 ซม.สารแขวนลอยของ C76, HWO, HWO-10% C76, HWO-30% C76 และ HWO-50% C76 ถูกเตรียมโดยการเติมสารยึดเกาะ PVDF 20 มก.% (~2.22 มก.) ถึง ~1 มล. DMF และโซนิคเป็นเวลา 1 ชั่วโมงเพื่อปรับปรุงความสม่ำเสมอ2 มก. ของคอมโพสิต C76, HWO และ HWO-C76 ถูกนำไปใช้กับพื้นที่อิเล็กโทรดที่ใช้งาน UCC ประมาณ 1.5 ซม. 2ตัวเร่งปฏิกิริยาทั้งหมดถูกบรรจุลงบนขั้วไฟฟ้า UCC และ TCC ใช้เพื่อวัตถุประสงค์ในการเปรียบเทียบเท่านั้น เนื่องจากงานก่อนหน้านี้ของเราแสดงให้เห็นว่าไม่จำเป็นต้องมีการอบชุบด้วยความร้อน24การตกตะกอนของความประทับใจทำได้โดยการแปรงสารแขวนลอย 100 µl (โหลด 2 มก.) เพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่สม่ำเสมอยิ่งขึ้นจากนั้นอิเล็กโทรดทั้งหมดจะถูกทำให้แห้งในเตาอบที่อุณหภูมิ 60°C ข้ามคืนอิเล็กโทรดจะถูกวัดไปข้างหน้าและข้างหลังเพื่อให้แน่ใจว่ามีการโหลดสต็อกที่แม่นยำเพื่อให้มีพื้นที่ทางเรขาคณิตที่แน่นอน (~1.5 ตร.ซม.2) และป้องกันไม่ให้อิเล็กโทรไลต์วานาเดียมเพิ่มขึ้นไปยังอิเล็กโทรดเนื่องจากผลกระทบของเส้นเลือดฝอย จึงมีการใช้พาราฟินบาง ๆ ทับวัสดุที่ใช้งานอยู่
กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราดแบบส่องกราดภาคสนาม (FESEM, Zeiss SEM Ultra 60, 5 kV) ถูกนำมาใช้เพื่อสังเกตสัณฐานวิทยาของพื้นผิว HWOมีการใช้เครื่องเอ็กซ์เรย์สเปกโตรมิเตอร์แบบกระจายพลังงานที่ติดตั้ง Feii8SEM (EDX, Zeiss Inc.) เพื่อทำแผนที่องค์ประกอบ HWO-50%C76 บนขั้วไฟฟ้า UCCกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่านความละเอียดสูง (HR-TEM, JOEL JEM-2100) ทำงานที่แรงดันไฟฟ้าเร่ง 200 kV ถูกนำมาใช้เพื่อถ่ายภาพอนุภาค HWO และวงแหวนเลี้ยวเบนที่มีความละเอียดสูงกว่าซอฟต์แวร์ Crystallography Toolbox (CrysTBox) ใช้ฟังก์ชัน ringGUI เพื่อวิเคราะห์รูปแบบการเลี้ยวเบนของวงแหวน HWO และเปรียบเทียบผลลัพธ์กับรูปแบบ XRDโครงสร้างและการสร้างกราฟของ UCC และ TCC วิเคราะห์โดย X-ray diffraction (XRD) ที่อัตราการสแกน 2.4°/นาที จาก 5° ถึง 70° ด้วย Cu Kα (λ = 1.54060 Å) โดยใช้ Panalytical X-ray diffractometer (รุ่น 3600)XRD แสดงโครงสร้างผลึกและเฟสของ HWOซอฟต์แวร์ PANalytical X'Pert HighScore ใช้เพื่อจับคู่ค่าพีคของ HWO กับแผนที่ทังสเตนออกไซด์ที่มีอยู่ในฐานข้อมูล45เปรียบเทียบผลลัพธ์ HWO กับผลลัพธ์ TEMองค์ประกอบทางเคมีและสถานะของตัวอย่าง HWO ถูกกำหนดโดย X-ray photoelectron spectroscopy (XPS, ESCALAB 250Xi, ThermoScientific)ซอฟต์แวร์ CASA-XPS (v 2.3.15) ใช้สำหรับการแยกส่วนสูงสุดและการวิเคราะห์ข้อมูลเพื่อระบุกลุ่มฟังก์ชันพื้นผิวของ HWO และ HWO-50%C76 ทำการตรวจวัดโดยใช้ฟูเรียร์ทรานส์ฟอร์มอินฟราเรดสเปกโทรสโกปี (FTIR, Perkin Elmer spectrometer โดยใช้ KBr FTIR)ผลลัพธ์ถูกเปรียบเทียบกับผลลัพธ์ XPSนอกจากนี้ยังใช้การวัดมุมสัมผัส (KRUSS DSA25) เพื่อระบุลักษณะความสามารถในการเปียกน้ำของอิเล็กโทรด
สำหรับการวัดเคมีไฟฟ้าทั้งหมด จะใช้เวิร์กสเตชัน Biologic SP 300Cyclic voltammetry (CV) และ electrochemical impedance spectroscopy (EIS) ถูกนำมาใช้เพื่อศึกษาจลนพลศาสตร์ของอิเล็กโทรดของปฏิกิริยารีดอกซ์ VO2+/VO2+ และผลของการแพร่กระจายของรีเอเจนต์ (VOSO4(VO2+)) ต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยาทั้งสองวิธีใช้เซลล์อิเล็กโทรดสามตัวที่มีความเข้มข้นของอิเล็กโทรไลต์ 0.1 M VOSO4 (V4+) ใน 1 M H2SO4 + 1 M HCl (ส่วนผสมของกรด)ข้อมูลเคมีไฟฟ้าทั้งหมดที่นำเสนอได้รับการแก้ไข IRใช้อิเล็กโทรดคาโลเมลอิ่มตัว (SCE) และขดลวดแพลทินัม (Pt) เป็นอิเล็กโทรดอ้างอิงและอิเล็กโทรดเคาน์เตอร์ตามลำดับสำหรับ CV อัตราการสแกน (ν) ที่ 5, 20 และ 50 mV/s ถูกนำไปใช้กับหน้าต่างศักยภาพ VO2+/VO2+ สำหรับ (0–1) V เทียบกับ SCE จากนั้นปรับให้ SHE วางแผน (VSCE = 0.242 V เทียบกับ HSE)เพื่อศึกษาการคงอยู่ของกิจกรรมของอิเล็กโทรด CVs แบบวนซ้ำถูกดำเนินการที่ ν 5 mV/s สำหรับ UCC, TCC, UCC-C76, UCC-HWO และ UCC-HWO-50% C76สำหรับการวัด EIS ช่วงความถี่ของปฏิกิริยารีดอกซ์ VO2+/VO2+ คือ 0.01-105 Hz และแรงดันไฟฟ้ารบกวนที่แรงดันไฟฟ้าวงจรเปิด (OCV) คือ 10 mVการทดลองแต่ละครั้งทำซ้ำ 2-3 ครั้งเพื่อให้แน่ใจว่าผลลัพธ์สอดคล้องกันได้รับค่าคงที่อัตราต่างกัน (k0) โดยวิธี Nicholson46,47
ทังสเตนออกไซด์ที่ให้ความชุ่มชื้น (HVO) ได้รับการสังเคราะห์โดยวิธีไฮโดรเทอร์มอลได้สำเร็จภาพ SEM ในรูป1a แสดงให้เห็นว่า HWO ที่สะสมไว้ประกอบด้วยกลุ่มของอนุภาคนาโนที่มีขนาดในช่วง 25-50 นาโนเมตร
รูปแบบการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ของ HWO แสดงจุดสูงสุด (001) และ (002) ที่ ~23.5° และ ~47.5° ตามลำดับ ซึ่งเป็นลักษณะของ WO2.63 แบบไม่สัมพันธ์กัน (W32O84) (PDF 077–0810, a = 21.4 Å, b = 17.8 Å, c = 3.8 Å, α = β = γ = 90°), ซึ่งสอดคล้องกับสีฟ้าใส (รูปที่ 1b) 48.49พีคอื่นๆ ที่ประมาณ 20.5°, 27.1°, 28.1°, 30.8°, 35.7°, 36.7° และ 52.7° ถูกกำหนดให้เป็น (140), (620), ( 350), (720), (740), (560°)) ) และ (970) ระนาบการเลี้ยวเบนตั้งฉากกับ WO2.63 ตามลำดับSongara และคณะใช้วิธีการสังเคราะห์แบบเดียวกัน43 เพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์สีขาว ซึ่งเกิดจากการมีอยู่ของ WO3(H2O)0.333อย่างไรก็ตาม ในงานนี้ เนื่องจากเงื่อนไขที่แตกต่างกัน จึงได้ผลิตภัณฑ์สีน้ำเงิน-เทา ซึ่งบ่งชี้ว่า WO3(H2O)0.333 (PDF 087-1203, a = 7.3 Å, b = 12.5 Å, c = 7 .7 Å, α = β = γ = 90°) และทังสเตนออกไซด์ในรูปแบบรีดักชันการวิเคราะห์เชิงกึ่งปริมาณโดยใช้ซอฟต์แวร์ X'Pert HighScore แสดง 26% WO3(H2O)0.333:74% W32O84เนื่องจาก W32O84 ประกอบด้วย W6+ และ W4+ (1.67:1 W6+:W4+) เนื้อหาโดยประมาณของ W6+ และ W4+ จึงอยู่ที่ประมาณ 72% W6+ และ 28% W4+ ตามลำดับภาพ SEM, สเปกตรัม XPS 1 วินาทีที่ระดับนิวเคลียส, ภาพ TEM, FTIR spectra และ Raman spectra ของอนุภาค C76 ถูกนำเสนอในบทความก่อนหน้าของเราจากข้อมูลของ Kawada et al.,50,51 X-ray diffraction ของ C76 หลังการกำจัดโทลูอีน แสดงให้เห็นโครงสร้างแบบโมโนคลินิกของ FCC
ภาพ SEM ในรูป2a และ b แสดงว่า HWO และ HWO-50%C76 ถูกสะสมบนและระหว่างเส้นใยคาร์บอนของอิเล็กโทรด UCC เรียบร้อยแล้วแผนที่องค์ประกอบ EDX ของทังสเตน คาร์บอน และออกซิเจนบนภาพ SEM ในรูป2c แสดงในรูปที่2d-f ระบุว่าทังสเตนและคาร์บอนผสมกันเท่าๆ กัน (แสดงการกระจายที่คล้ายกัน) บนพื้นผิวอิเล็กโทรดทั้งหมด และคอมโพสิตไม่ได้ถูกสะสมอย่างสม่ำเสมอเนื่องจากธรรมชาติของวิธีการสะสม
ภาพ SEM ของอนุภาค HWO ที่ฝากไว้ (a) และอนุภาค HWO-C76 (b)การทำแผนที่ EDX บน HWO-C76 ที่โหลดบน UCC โดยใช้พื้นที่ในภาพ (c) แสดงการกระจายของทังสเตน (d) คาร์บอน (e) และออกซิเจน (f) ในตัวอย่าง
HR-TEM ใช้สำหรับการถ่ายภาพกำลังขยายสูงและข้อมูลผลึกศาสตร์ (รูปที่ 3)HWO แสดงสัณฐานวิทยาของก้อนนาโนตามที่แสดงในรูปที่ 3a และชัดเจนยิ่งขึ้นในรูปที่ 3bเมื่อขยายนาโนคิวบ์สำหรับการเลี้ยวเบนของพื้นที่ที่เลือก เราสามารถเห็นภาพโครงสร้างตะแกรงและระนาบการเลี้ยวเบนที่เป็นไปตามกฎของแบรกก์ ดังที่แสดงในรูปที่ 3c ซึ่งยืนยันความเป็นผลึกของวัสดุสิ่งที่ใส่เข้าไปในรูปที่ 3c แสดงระยะทาง d 3.3 Å ที่สอดคล้องกับระนาบการเลี้ยวเบน (022) และ (620) ที่พบในเฟส WO3(H2O)0.333 และ W32O84 ตามลำดับ43,44,49สิ่งนี้สอดคล้องกับการวิเคราะห์ XRD ที่อธิบายไว้ข้างต้น (รูปที่ 1b) เนื่องจากระยะระนาบตะแกรงที่สังเกตได้ d (รูปที่ 3c) สอดคล้องกับจุดสูงสุดของ XRD ที่แข็งแกร่งที่สุดในตัวอย่าง HWOวงแหวนตัวอย่างยังแสดงในรูปที่3 มิติ โดยที่วงแหวนแต่ละวงสอดคล้องกับระนาบที่แยกจากกันระนาบ WO3(H2O)0.333 และ W32O84 เป็นสีขาวและสีน้ำเงินตามลำดับ และยอด XRD ที่สอดคล้องกันจะแสดงในรูปที่ 1bวงแหวนวงแรกที่แสดงในไดอะแกรมวงแหวนสอดคล้องกับจุดสูงสุดที่ทำเครื่องหมายไว้ในรูปแบบเอกซ์เรย์ของระนาบการเลี้ยวเบน (022) หรือ (620)จากวงแหวน (022) ถึง (402) ค่า d-spacing คือ 3.30, 3.17, 2.38, 1.93 และ 1.69 Å ซึ่งสอดคล้องกับค่า XRD ที่ 3.30, 3.17, 2, 45, 1.93และ 1.66 Å ซึ่งเท่ากับ 44, 45 ตามลำดับ
(a) ภาพ HR-TEM ของ HWO, (b) แสดงภาพขยายรูปภาพของระนาบตะแกรงแสดงใน (c) สิ่งที่ใส่เข้าไป (c) แสดงภาพขยายของระนาบและระยะพิทช์ d 0.33 นาโนเมตรที่สอดคล้องกับระนาบ (002) และ (620)(d) รูปแบบวงแหวน HWO แสดงระนาบที่เกี่ยวข้องกับ WO3(H2O)0.333 (สีขาว) และ W32O84 (สีน้ำเงิน)
ทำการวิเคราะห์ XPS เพื่อกำหนดคุณสมบัติทางเคมีของพื้นผิวและสถานะออกซิเดชันของทังสเตน (รูปที่ S1 และ 4)สเปกตรัมการสแกน XPS ช่วงกว้างของ HWO ที่สังเคราะห์แล้วแสดงในรูปที่ S1 ซึ่งบ่งชี้ว่ามีทังสเตนอยู่สเปกตรัมการสแกนแคบ XPS ของระดับแกน W 4f และ O 1s แสดงในรูปที่4a และ b ตามลำดับสเปกตรัม W 4f แยกออกเป็นสองเท่าของวงโคจรแบบหมุนซึ่งสอดคล้องกับพลังงานการจับของสถานะออกซิเดชันของ Wและ W 4f7/2 ที่ 36.6 และ 34.9 eV เป็นลักษณะของสถานะ W4+ ที่ 40 ตามลำดับ)0.333.ข้อมูลที่ปรับให้เหมาะสมแสดงให้เห็นว่าเปอร์เซ็นต์อะตอมของ W6+ และ W4+ คือ 85% และ 15% ตามลำดับ ซึ่งใกล้เคียงกับค่าที่ประเมินจากข้อมูล XRD เมื่อพิจารณาถึงความแตกต่างระหว่างสองวิธีทั้งสองวิธีให้ข้อมูลเชิงปริมาณที่มีความแม่นยำต่ำ โดยเฉพาะ XRDนอกจากนี้ วิธีการทั้งสองนี้วิเคราะห์ส่วนต่างๆ ของวัสดุ เนื่องจาก XRD เป็นวิธีจำนวนมาก ในขณะที่ XPS เป็นวิธีพื้นผิวที่เข้าใกล้เพียงไม่กี่นาโนเมตรเท่านั้นสเปกตรัม O 1s แบ่งออกเป็นสองพีคที่ 533 (22.2%) และ 530.4 eV (77.8%)อันแรกสอดคล้องกับ OH และอันที่สองเกี่ยวกับพันธะออกซิเจนในแลตทิซใน WOการมีอยู่ของหมู่ฟังก์ชัน OH นั้นสอดคล้องกับคุณสมบัติการให้น้ำของ HWO
การวิเคราะห์ FTIR ยังดำเนินการกับตัวอย่างทั้งสองนี้เพื่อตรวจสอบการมีอยู่ของกลุ่มการทำงานและการประสานโมเลกุลของน้ำในโครงสร้าง HWO ที่ให้ความชุ่มชื้นผลลัพธ์แสดงว่าตัวอย่าง HWO-50% C76 และผลลัพธ์ FT-IR HWO ดูคล้ายกันเนื่องจากมี HWO อยู่ แต่ความเข้มของพีคแตกต่างกันเนื่องจากจำนวนตัวอย่างที่ใช้ในการเตรียมการวิเคราะห์แตกต่างกัน (รูปที่ 5a)) HWO-50% C76 แสดงว่าพีคทั้งหมด ยกเว้นพีคของทังสเตนออกไซด์ เกี่ยวข้องกับฟูลเลอรีน 24 รายละเอียดในรูปที่5a แสดงให้เห็นว่าทั้งสองตัวอย่างแสดงแถบกว้างที่แข็งแกร่งมากที่ ~710/ซม. ซึ่งเป็นผลมาจากการสั่นที่ยืดออกของ OWO ในโครงสร้างโครงตาข่าย HWO โดยมีไหล่ที่แข็งแรงที่ ~840/ซม. ซึ่งเกิดจาก WOสำหรับการสั่นสะเทือนแบบยืด แถบแหลมที่ประมาณ 1610/ซม. มีสาเหตุมาจากการสั่นแบบดัดของ OH ในขณะที่แถบการดูดซับแบบกว้างที่ประมาณ 3400/ซม. เกิดจากการยืดการสั่นสะเทือนของ OH ในกลุ่มไฮดรอกซิล43ผลลัพธ์เหล่านี้สอดคล้องกับสเปกตรัม XPS ในรูป4b โดยที่หมู่ฟังก์ชัน WO สามารถจัดให้มีตำแหน่งที่แอคทีฟสำหรับปฏิกิริยา VO2+/VO2+
การวิเคราะห์ FTIR ของ HWO และ HWO-50% C76 (a) กลุ่มการทำงานที่ระบุและการวัดมุมสัมผัส (b, c)
หมู่ OH ยังสามารถกระตุ้นปฏิกิริยา VO2+/VO2+ ในขณะที่เพิ่มความชอบน้ำของอิเล็กโทรด ซึ่งจะช่วยส่งเสริมอัตราการแพร่และการถ่ายโอนอิเล็กตรอนดังที่แสดง ตัวอย่าง HWO-50% C76 แสดงจุดสูงสุดเพิ่มเติมสำหรับ C76สามารถกำหนดจุดสูงสุดที่ ~2905, 2375, 1705, 1607 และ 1445 cm3 ให้กับการสั่นแบบยืด CH, O=C=O, C=O, C=C และ CO ตามลำดับเป็นที่ทราบกันดีว่าหมู่ฟังก์ชันออกซิเจน C=O และ CO สามารถทำหน้าที่เป็นศูนย์กลางปฏิกิริยารีดอกซ์ของวานาเดียมในการทดสอบและเปรียบเทียบความสามารถในการเปียกน้ำของอิเล็กโทรดทั้งสอง วัดมุมสัมผัสได้ดำเนินการดังแสดงในรูปที่ 5b,cอิเล็กโทรด HWO ดูดซับหยดน้ำทันที ซึ่งบ่งชี้ถึงภาวะขาดน้ำมากเนื่องจากหมู่ฟังก์ชัน OH ที่มีอยู่HWO-50% C76 ไม่ชอบน้ำมากกว่า โดยมีมุมสัมผัสประมาณ 135° หลังจากผ่านไป 10 วินาทีอย่างไรก็ตาม ในการวัดทางเคมีไฟฟ้า อิเล็กโทรด HWO-50%C76 เปียกอย่างสมบูรณ์ภายในเวลาไม่ถึงหนึ่งนาทีการวัดความสามารถในการเปียกน้ำนั้นสอดคล้องกับผลลัพธ์ XPS และ FTIR ซึ่งบ่งชี้ว่ากลุ่ม OH ที่มากขึ้นบนพื้นผิว HWO ทำให้ค่อนข้างชอบน้ำมากกว่า
ปฏิกิริยา VO2+/VO2+ ของคอมโพสิตนาโน HWO และ HWO-C76 ได้รับการทดสอบ และคาดว่า HWO จะยับยั้งการวิวัฒนาการของคลอรีนในปฏิกิริยา VO2+/VO2+ ในกรดผสม และ C76 จะกระตุ้นปฏิกิริยารีดอกซ์ VO2+/VO2+ ที่ต้องการเพิ่มเติม%, 30% และ 50% C76 ในสารแขวนลอย HWO และ CCC ที่สะสมบนอิเล็กโทรดที่มีการโหลดทั้งหมดประมาณ 2 มก./ซม.2
ดังแสดงในรูป6 จลนพลศาสตร์ของปฏิกิริยา VO2+/VO2+ บนพื้นผิวอิเล็กโทรดถูกตรวจสอบโดย CV ในอิเล็กโทรไลต์ที่เป็นกรดผสมกระแสจะแสดงเป็น I/Ipa เพื่อให้ง่ายต่อการเปรียบเทียบ ΔEp และ Ipa/Ipc สำหรับตัวเร่งปฏิกิริยาที่แตกต่างกันโดยตรงบนกราฟข้อมูลหน่วยพื้นที่ปัจจุบันแสดงในรูปที่ 2Sบนมะเดื่อรูปที่ 6a แสดงให้เห็นว่า HWO เพิ่มอัตราการถ่ายโอนอิเล็กตรอนเล็กน้อยของปฏิกิริยารีดอกซ์ VO2+/VO2+ บนพื้นผิวอิเล็กโทรด และยับยั้งปฏิกิริยาของวิวัฒนาการคลอรีนที่เป็นปรสิตอย่างไรก็ตาม C76 เพิ่มอัตราการถ่ายโอนอิเล็กตรอนและเร่งปฏิกิริยาวิวัฒนาการของคลอรีนอย่างมีนัยสำคัญดังนั้น ส่วนประกอบของ HWO และ C76 ที่จัดทำขึ้นอย่างถูกต้องจึงคาดว่าจะมีฤทธิ์ดีที่สุดและมีความสามารถสูงสุดในการยับยั้งปฏิกิริยาการวิวัฒนาการของคลอรีนพบว่าหลังจากเพิ่มเนื้อหาของ C76 กิจกรรมไฟฟ้าเคมีของอิเล็กโทรดจะดีขึ้น โดยเห็นได้จากการลดลงของ ΔEp และการเพิ่มขึ้นของอัตราส่วน Ipa/Ipc (ตารางที่ S3)สิ่งนี้ได้รับการยืนยันโดยค่า RCT ที่ดึงมาจากพล็อต Nyquist ในรูปที่ 6d (ตาราง S3) ซึ่งพบว่าลดลงเมื่อเนื้อหา C76 เพิ่มขึ้นผลลัพธ์เหล่านี้ยังสอดคล้องกับการศึกษาของ Li ซึ่งการเติม mesoporous carbon ให้กับ mesoporous WO3 แสดงจลนพลศาสตร์การถ่ายโอนประจุที่ดีขึ้นบน VO2+/VO2+35สิ่งนี้บ่งชี้ว่าปฏิกิริยาโดยตรงอาจขึ้นอยู่กับค่าการนำไฟฟ้าของอิเล็กโทรด (พันธะ C=C) 18, 24, 35, 36, 37 ซึ่งอาจเกิดจากการเปลี่ยนแปลงรูปทรงเรขาคณิตการประสานงานระหว่าง [VO(H2O)5]2+ และ [VO2(H2O)4]+, C76 ช่วยลดแรงดันเกินของปฏิกิริยาโดยการลดพลังงานของเนื้อเยื่ออย่างไรก็ตาม วิธีนี้อาจไม่สามารถทำได้กับอิเล็กโทรด HWO
(a) พฤติกรรมไซคลิกโวลแทมเมตริก (ν = 5 mV/s) ของปฏิกิริยา VO2+/VO2+ ของคอมโพสิต UCC และ HWO-C76 ที่มีอัตราส่วน HWO:C76 ต่างกันในอิเล็กโทรไลต์ 0.1 M VOSO4/1 M H2SO4 + 1 M HCl(b) วิธี Randles-Sevchik และ (c) Nicholson VO2+/VO2+ เพื่อประเมินประสิทธิภาพการแพร่กระจายและรับค่า k0(d)
ไม่เพียงแต่ HWO-50% C76 แสดงกิจกรรมด้วยไฟฟ้าเกือบเท่ากันกับ C76 สำหรับปฏิกิริยา VO2+/VO2+ เท่านั้น แต่ที่น่าสนใจกว่านั้น มันยังยับยั้งการวิวัฒนาการของคลอรีนอีกด้วยเมื่อเทียบกับ C76 ดังแสดงในรูปที่ 6a และยังแสดงครึ่งวงกลมที่เล็กกว่าในรูปที่6d (RCT ตอนล่าง)C76 แสดง Ipa/Ipc ที่ชัดเจนสูงกว่า HWO-50% C76 (ตารางที่ S3) ไม่ใช่เพราะการย้อนกลับของปฏิกิริยาที่ดีขึ้น แต่เป็นเพราะการซ้อนทับสูงสุดของปฏิกิริยาการลดคลอรีนกับ SHE ที่ 1.2 V ประสิทธิภาพที่ดีที่สุดของ HWO- 50% C76 มีสาเหตุมาจากผลเสริมฤทธิ์กันระหว่าง C76 ที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าที่มีประจุลบสูงและความสามารถในการเปียกสูงและฟังก์ชันการเร่งปฏิกิริยา W-OH บน HWOการปล่อยคลอรีนน้อยลงจะช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพการชาร์จของเต็มเซลล์ ในขณะที่จลนพลศาสตร์ที่ดีขึ้นจะปรับปรุงประสิทธิภาพของแรงดันไฟฟ้าเต็มเซลล์
ตามสมการ S1 สำหรับปฏิกิริยากึ่งผันกลับได้ (การถ่ายโอนอิเล็กตรอนค่อนข้างช้า) ซึ่งควบคุมโดยการแพร่กระจาย กระแสสูงสุด (IP) ขึ้นอยู่กับจำนวนอิเล็กตรอน (n) พื้นที่อิเล็กโทรด (A) ค่าสัมประสิทธิ์การแพร่กระจาย (D) จำนวนของค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายโอนอิเล็กตรอน (α) และความเร็วในการสแกน (ν)เพื่อศึกษาพฤติกรรมการควบคุมการแพร่กระจายของวัสดุที่ทดสอบ ความสัมพันธ์ระหว่าง IP และ ν1/2 ถูกพล็อตและแสดงในรูปที่ 6bเนื่องจากวัสดุทั้งหมดแสดงความสัมพันธ์เชิงเส้น ปฏิกิริยาจึงถูกควบคุมโดยการแพร่กระจายเนื่องจากปฏิกิริยา VO2+/VO2+ เป็นแบบกึ่งผันกลับได้ ความชันของเส้นขึ้นอยู่กับค่าสัมประสิทธิ์การแพร่กระจายและค่าของ α (สมการ S1)เนื่องจากค่าสัมประสิทธิ์การแพร่กระจายคงที่ (≈ 4 × 10–6 ซม. 2 / วินาที)52 ความแตกต่างของความชันของเส้นโดยตรงจึงบ่งบอกถึงค่าต่าง ๆ ของ α และด้วยเหตุนี้อัตราการถ่ายโอนอิเล็กตรอนบนพื้นผิวอิเล็กโทรดซึ่งแสดงไว้สำหรับ C76 และ HWO -50% C76 ความชันที่ชันที่สุด (อัตราการถ่ายโอนอิเล็กตรอนสูงสุด)
ความลาดชัน Warburg (W) ที่คำนวณสำหรับความถี่ต่ำที่แสดงในตาราง S3 (รูปที่ 6d) มีค่าใกล้เคียงกับ 1 สำหรับวัสดุทั้งหมด บ่งชี้การแพร่กระจายที่สมบูรณ์แบบของสปีชีส์รีดอกซ์และยืนยันพฤติกรรมเชิงเส้นของ IP เมื่อเทียบกับ ν1/ 2 วัด CVสำหรับ HWO-50% C76 ความชันของ Warburg เบี่ยงเบนจาก 1 ถึง 1.32 ซึ่งบ่งชี้ว่าไม่เพียงแต่การแพร่กระจายแบบกึ่งไม่จำกัดของรีเอเจนต์ (VO2+) เท่านั้น แต่ยังรวมถึงพฤติกรรมของชั้นบาง ๆ ต่อพฤติกรรมการแพร่กระจายเนื่องจากความพรุนของอิเล็กโทรด
เพื่อวิเคราะห์ความสามารถในการผันกลับได้เพิ่มเติม (อัตราการถ่ายโอนอิเล็กตรอน) ของปฏิกิริยารีดอกซ์ VO2+/VO2+ ยังใช้วิธีปฏิกิริยากึ่งผันกลับได้ของ Nicholson เพื่อหาค่าคงที่อัตรามาตรฐาน k041.42สิ่งนี้ทำได้โดยใช้สมการ S2 เพื่อสร้างพารามิเตอร์จลนพลศาสตร์ไร้มิติ Ψ ซึ่งเป็นฟังก์ชันของ ΔEp เป็นฟังก์ชันของ ν-1/2ตารางที่ S4 แสดงค่า Ψ ที่ได้สำหรับวัสดุอิเล็กโทรดแต่ละชนิดผลลัพธ์ (รูปที่ 6c) ถูกพล็อตเพื่อให้ได้ k0 × 104 cm/s จากความชันของแต่ละพล็อตโดยใช้สมการ S3 (เขียนถัดจากแต่ละแถวและแสดงในตาราง S4)พบว่า HWO-50% C76 มีความชันสูงสุด (รูปที่ 6c) ดังนั้น ค่าสูงสุดของ k0 คือ 2.47 × 10–4 cm/sซึ่งหมายความว่าอิเล็กโทรดนี้ได้รับจลนพลศาสตร์ที่เร็วที่สุด ซึ่งสอดคล้องกับผลลัพธ์ CV และ EIS ในรูปที่ 6a และ d และในตาราง S3นอกจากนี้ยังได้ค่า k0 จากพล็อต Nyquist (รูปที่ 6d) ของสมการ S4 โดยใช้ค่า RCT (ตาราง S3)ผลลัพธ์ k0 จาก EIS เหล่านี้สรุปไว้ในตาราง S4 และยังแสดงว่า HWO-50% C76 แสดงอัตราการถ่ายโอนอิเล็กตรอนสูงสุดเนื่องจากผลเสริมฤทธิ์กันแม้ว่าค่า k0 จะแตกต่างกันเนื่องจากต้นกำเนิดที่แตกต่างกันของแต่ละวิธี แต่ก็ยังคงแสดงลำดับความสำคัญและแสดงความสอดคล้องกัน
เพื่อให้เข้าใจถึงจลนพลศาสตร์ที่ดีเยี่ยมที่ได้รับอย่างสมบูรณ์ สิ่งสำคัญคือต้องเปรียบเทียบวัสดุอิเล็กโทรดที่เหมาะสมที่สุดกับอิเล็กโทรด UCC และ TCC ที่ไม่เคลือบผิวสำหรับปฏิกิริยา VO2+/VO2+ นั้น HWO-C76 ไม่เพียงแต่แสดงค่า ΔEp ที่ต่ำที่สุดและการย้อนกลับที่ดีขึ้นเท่านั้น แต่ยังยับยั้งปฏิกิริยาการวิวัฒนาการของคลอรีนที่เป็นกาฝากอย่างมีนัยสำคัญเมื่อเปรียบเทียบกับ TCC ตามที่วัดโดยกระแสที่ 1.45 V เทียบกับ SHE (รูปที่ 7a)ในแง่ของความเสถียร เราสันนิษฐานว่า HWO-50% C76 มีความเสถียรทางกายภาพเนื่องจากตัวเร่งปฏิกิริยาผสมกับสารยึดประสาน PVDF แล้วนำไปใช้กับอิเล็กโทรดของผ้าคาร์บอนHWO-50% C76 แสดงการเปลี่ยนแปลงสูงสุดที่ 44 mV (อัตราการย่อยสลาย 0.29 mV/รอบ) หลังจาก 150 รอบเมื่อเทียบกับ 50 mV สำหรับ UCC (รูปที่ 7b)นี่อาจไม่ใช่ความแตกต่างมากนัก แต่จลนพลศาสตร์ของอิเล็กโทรด UCC นั้นช้ามากและลดลงตามวงจร โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับปฏิกิริยาย้อนกลับแม้ว่าความสามารถในการย้อนกลับของ TCC จะดีกว่าของ UCC มาก แต่พบว่า TCC มีการเปลี่ยนแปลงสูงสุดที่ 73 mV หลังจาก 150 รอบ ซึ่งอาจเป็นเพราะคลอรีนจำนวนมากก่อตัวขึ้นบนพื้นผิวของมันเพื่อให้ตัวเร่งปฏิกิริยายึดติดกับพื้นผิวอิเล็กโทรดได้ดีดังที่เห็นได้จากการทดสอบอิเล็กโทรดทั้งหมด แม้แต่อิเล็กโทรดที่ไม่มีตัวเร่งปฏิกิริยาที่รองรับก็แสดงระดับความไม่เสถียรของวงจรที่แตกต่างกัน ซึ่งบ่งชี้ว่าการเปลี่ยนแปลงของการแยกสูงสุดระหว่างการหมุนเวียนนั้นเกิดจากการหยุดทำงานของวัสดุที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงทางเคมีมากกว่าการแยกตัวเร่งปฏิกิริยานอกจากนี้ หากอนุภาคตัวเร่งปฏิกิริยาจำนวนมากถูกแยกออกจากพื้นผิวอิเล็กโทรด สิ่งนี้จะส่งผลให้การแยกพีคเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ (ไม่ใช่แค่ 44 mV) เนื่องจากสารตั้งต้น (UCC) ค่อนข้างไม่ใช้งานสำหรับปฏิกิริยารีดอกซ์ VO2+/VO2+
การเปรียบเทียบ CV ของวัสดุอิเล็กโทรดที่ดีที่สุดเมื่อเทียบกับ UCC (a) และความเสถียรของปฏิกิริยารีดอกซ์ VO2+/VO2+ (b)ν = 5 mV/s สำหรับ CV ทั้งหมดใน 0.1 M VOSO4/1 M H2SO4 + 1 M HCl อิเล็กโทรไลต์
เพื่อเพิ่มความน่าดึงดูดใจทางเศรษฐกิจของเทคโนโลยี VRFB การขยายและทำความเข้าใจเกี่ยวกับจลนพลศาสตร์ของปฏิกิริยาวานาเดียมรีดอกซ์เป็นสิ่งสำคัญเพื่อให้ได้ประสิทธิภาพการใช้พลังงานที่สูงคอมโพสิต HWO-C76 ถูกเตรียมและศึกษาผลกระทบทางไฟฟ้าของพวกมันต่อปฏิกิริยา VO2+/VO2+HWO แสดงการปรับปรุงจลนศาสตร์เล็กน้อยในอิเล็กโทรไลต์ที่เป็นกรดผสม แต่ยับยั้งการวิวัฒนาการของคลอรีนอย่างมีนัยสำคัญอัตราส่วนต่างๆ ของ HWO:C76 ถูกนำมาใช้เพื่อปรับปรุงจลนพลศาสตร์ของอิเล็กโทรดที่ใช้ HWO ให้เหมาะสมยิ่งขึ้นการเพิ่ม C76 เป็น HWO ปรับปรุงจลนพลศาสตร์การถ่ายโอนอิเล็กตรอนของปฏิกิริยา VO2+/VO2+ บนอิเล็กโทรดที่ดัดแปลง ซึ่ง HWO-50% C76 เป็นวัสดุที่ดีที่สุด เนื่องจากช่วยลดความต้านทานการถ่ายโอนประจุและยับยั้งคลอรีนเพิ่มเติมเมื่อเทียบกับ C76 และ TCC.นี่เป็นเพราะผลเสริมฤทธิ์กันระหว่าง C=C sp2 ไฮบริไดเซชัน, OH และ W-OH functional groupอัตราการย่อยสลายหลังจากการหมุนเวียนซ้ำของ HWO-50% C76 พบว่าอยู่ที่ 0.29 mV/รอบ ในขณะที่อัตราการย่อยสลายของ UCC และ TCC อยู่ที่ 0.33 mV/รอบ และ 0.49 mV/รอบ ตามลำดับ ทำให้มีเสถียรภาพมากในอิเล็กโทรไลต์กรดผสมผลลัพธ์ที่นำเสนอประสบความสำเร็จในการระบุวัสดุอิเล็กโทรดประสิทธิภาพสูงสำหรับปฏิกิริยา VO2+/VO2+ ด้วยจลนพลศาสตร์ที่รวดเร็วและความเสถียรสูงสิ่งนี้จะเพิ่มแรงดันไฟขาออก ซึ่งจะเป็นการเพิ่มประสิทธิภาพพลังงานของ VRFB ซึ่งจะช่วยลดต้นทุนของการดำเนินการเชิงพาณิชย์ในอนาคต
ชุดข้อมูลที่ใช้และ/หรือวิเคราะห์ในการศึกษาปัจจุบันมีให้จากผู้เขียนที่เกี่ยวข้องตามคำขอที่สมเหตุสมผล
ลูเดอเรอร์ จี และคณะการประมาณพลังงานลมและพลังงานแสงอาทิตย์ในสถานการณ์พลังงานคาร์บอนต่ำทั่วโลก: บทนำการประหยัดพลังงาน.64, 542–551.https://doi.org/10.1016/j.eneco.2017.03.027 (2560).
Lee, HJ, Park, S. & Kim, H. การวิเคราะห์ผลของการตกตะกอนของ MnO2 ต่อประสิทธิภาพของแบตเตอรีรีดอกซ์วาเนเดียม/แมงกานีส Lee, HJ, Park, S. & Kim, H. การวิเคราะห์ผลของการตกตะกอนของ MnO2 ต่อประสิทธิภาพของแบตเตอรีรีดอกซ์วาเนเดียม/แมงกานีสLee, HJ, Park, S. และ Kim, H. การวิเคราะห์ผลกระทบของการสะสม MnO2 ต่อประสิทธิภาพของแบตเตอรีไหลรีดอกซ์วาเนเดียมแมงกานีส Lee, HJ, Park, S. & Kim, H. MnO2 沉淀对钒/锰氧化还原液流电池性能影响的分析。 Lee, HJ, Park, S. & Kim, H. MnO2Lee, HJ, Park, S. และ Kim, H. การวิเคราะห์ผลกระทบของการสะสม MnO2 ต่อประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ไหลรีดอกซ์วานาเดียมแมงกานีสเจ. เคมีไฟฟ้า.พรรคสังคมนิยม.165(5), A952-A956.https://doi.org/10.1149/2.0881805jes (2018).
Shah, AA, Tangirala, R., Singh, R., Wills, RGA & Walsh, FC รุ่นไดนามิกยูนิตเซลล์สำหรับแบตเตอรี่แบบ all-vanadium flow Shah, AA, Tangirala, R., Singh, R., Wills, RGA & Walsh, FC รุ่นไดนามิกยูนิตเซลล์สำหรับแบตเตอรี่แบบ all-vanadium flowShah AA, Tangirala R, Singh R, Wills RGและ Walsh FK แบบจำลองไดนามิกของเซลล์มูลฐานของแบตเตอรี all-vanadium flow Shah, AA, Tangirala, R., Singh, R., Wills, RGA & Walsh, FC 全钒液流电池的动态单元电池模型。 Shah, AA, Tangirala, R., Singh, R., Wills, RGA และ Walsh, FCShah AA, Tangirala R, Singh R, Wills RGและเซลล์ไดนามิก Walsh FK Model ของแบตเตอรี all-vanadium redox flowเจ. เคมีไฟฟ้า.พรรคสังคมนิยม.158(6), A671.https://doi.org/10.1149/1.3561426 (2554).
Gandomi, YA, Aaron, DS, Zawodzinski, TA & Mench, MM การวัดการกระจายศักย์ไฟฟ้าในแหล่งกำเนิดและแบบจำลองที่ผ่านการตรวจสอบแล้วสำหรับแบตเตอรี่โฟลว์วาเนเดียมรีดอกซ์ทั้งหมด Gandomi, YA, Aaron, DS, Zawodzinski, TA & Mench, MM การวัดการกระจายศักย์ไฟฟ้าในแหล่งกำเนิดและแบบจำลองที่ผ่านการตรวจสอบแล้วสำหรับแบตเตอรี่โฟลว์วาเนเดียมรีดอกซ์ทั้งหมดกันโดมิ, ยู.A., Aaron, DS, Zavodzinski, TA และ Mench, MM การวัดการกระจายศักย์ไฟฟ้าในแหล่งกำเนิดและแบบจำลองที่ตรวจสอบแล้วสำหรับศักย์รีดอกซ์ของแบตเตอรี่โฟลวานาเดียมทั้งหมด Gandomi, YA, Aaron, DS, Zawodzinski, TA & Mench, MM 全钒氧化还原液流电池的原位电位分布测量和验证模型。 Gandomi, YA, Aaron, DS, Zawodzinski, TA & Mench, MMแบบจำลองการวัดและการตรวจสอบความถูกต้องของการกระจายศักย์ของ 全vanadium oxidase redox液流液的原位กันโดมิ, ยู.A., Aaron, DS, Zavodzinski, TA และ Mench, การวัดแบบจำลอง MM และการตรวจสอบการกระจายศักย์ไฟฟ้าในแหล่งกำเนิดสำหรับแบตเตอรี่รีดอกซ์โฟลวานาเดียมทั้งหมดเจ. เคมีไฟฟ้า.พรรคสังคมนิยม.163(1), A5188-A5201.https://doi.org/10.1149/2.0211601jes (2559).
Tsushima, S. & Suzuki, T. การสร้างแบบจำลองและการจำลองแบตเตอรี่วานาเดียมรีดอกซ์โฟลว์ที่มีฟิลด์การไหลแบบอินเตอร์ดิจิตัลสำหรับการปรับโครงสร้างอิเล็กโทรดให้เหมาะสม Tsushima, S. & Suzuki, T. การสร้างแบบจำลองและการจำลองแบตเตอรี่วานาเดียมรีดอกซ์โฟลว์ที่มีฟิลด์การไหลแบบอินเตอร์ดิจิตัลสำหรับการปรับโครงสร้างอิเล็กโทรดให้เหมาะสมTsushima, S. และ Suzuki, T. การสร้างแบบจำลองและการจำลองของแบตเตอรี่วาเนเดียมรีดอกซ์แบบไหลผ่านที่มีการไหลแบบโพลาไรซ์แบบสวนทางสำหรับการเพิ่มประสิทธิภาพของสถาปัตยกรรมอิเล็กโทรด Tsushima, S. & Suzuki, T. 具有叉指流场的钒氧化还原液流电池的建模和仿真，用于优化电极结构。 Tsushima, S. & Suzuki, T. 叉指流场的叉指流场的Vanadium Oxide Reduction Liquid Stream Battery的การสร้างแบบจำลองและการจำลองสำหรับการปรับโครงสร้างอิเล็กโทรดให้เหมาะสมTsushima, S. และ Suzuki, T. การสร้างแบบจำลองและการจำลองแบตเตอรี่แบบไหลวาเนเดียมรีดอกซ์ด้วยฟิลด์การไหลแบบทวนเข็มเพื่อการปรับโครงสร้างอิเล็กโทรดให้เหมาะสมเจ. เคมีไฟฟ้า.พรรคสังคมนิยม.167(2), 020553. https://doi.org/10.1149/1945-7111/ab6dd0 (2563).
Sun, B. & Skyllas-Kazacos, M. การดัดแปลงวัสดุอิเล็กโทรดกราไฟท์สำหรับการใช้งานแบตเตอรี่แบบวาเนเดียมรีดอกซ์โฟลว์—I. Sun, B. & Skyllas-Kazacos, M. การดัดแปลงวัสดุอิเล็กโทรดกราไฟท์สำหรับการใช้งานแบตเตอรี่แบบวาเนเดียมรีดอกซ์โฟลว์—I.Sun, B. และ Scyllas-Kazakos, M. การดัดแปลงวัสดุอิเล็กโทรดกราไฟต์สำหรับแบตเตอรี่วาเนเดียมรีดอกซ์ – I. Sun, B. & Skyllas-Kazacos, M. 石墨电极材料在钒氧化还原液流电池应用中的改性——ฉัน Sun, B. & Skyllas-Kazacos, M. การดัดแปลงวัสดุอิเล็กโทรด 石墨 ในการประยุกต์ใช้แบตเตอรี่ของเหลวลดการเกิดออกซิเดชันของวานาเดียม —— I.Sun, B. และ Scyllas-Kazakos, M. การดัดแปลงวัสดุอิเล็กโทรดกราไฟต์สำหรับใช้ในแบตเตอรี่วาเนเดียมรีดอกซ์ – I.การรักษาความร้อน Electrochemพระราชบัญญัติ 37(7), 1253-1260.https://doi.org/10.1016/0013-4686(92)85064-R (2535).
Liu, T., Li, X., Zhang, H. & Chen, J. ความคืบหน้าของวัสดุอิเล็กโทรดสำหรับแบตเตอรี่วาเนเดียมโฟลว์ (VFB) ที่มีความหนาแน่นของพลังงานดีขึ้น Liu, T., Li, X., Zhang, H. & Chen, J. ความคืบหน้าของวัสดุอิเล็กโทรดสำหรับแบตเตอรี่วาเนเดียมโฟลว์ (VFB) ที่มีความหนาแน่นของพลังงานดีขึ้นLiu, T., Li, X., Zhang, H. และ Chen, J. ความก้าวหน้าของวัสดุอิเล็กโทรดสำหรับแบตเตอรี่วาเนเดียมโฟลว์ (VFB) ที่มีความหนาแน่นของพลังงานดีขึ้น Liu, T., Li, X., Zhang, H. & Chen, J. 提高功率密度的钒液流电池(VFB) 电极材料的进展。 Liu, T., Li, X., Zhang, H. และ Chen, J.Liu, T., Li, S., Zhang, H. และ Chen, J. ความก้าวหน้าในวัสดุอิเล็กโทรดสำหรับแบตเตอรี่ Vanadium Redox Flow (VFB) ที่มีความหนาแน่นของพลังงานเพิ่มขึ้นเจ. พลังงานเคมี.27(5), 1292-1303.https://doi.org/10.1016/j.jechem.2018.07.003 (2018).
Liu, QH และคณะโฟลว์เซลล์วาเนเดียมรีดอกซ์ประสิทธิภาพสูงพร้อมการกำหนดค่าอิเล็กโทรดและการเลือกเมมเบรนที่เหมาะสมที่สุดเจ. เคมีไฟฟ้า.พรรคสังคมนิยม.159(8), A1246-A1252.https://doi.org/10.1149/2.051208jes (2555).
Wei, G., Jia, C., Liu, J. & Yan, C. รู้สึกว่าคาร์บอนรองรับท่อนาโนคาร์บอนตัวเร่งปฏิกิริยาคอมโพสิตอิเล็กโทรดสำหรับการใช้งานแบตเตอรี่ไหลวาเนเดียมรีดอกซ์ Wei, G., Jia, C., Liu, J. & Yan, C. รู้สึกว่าคาร์บอนรองรับท่อนาโนคาร์บอนตัวเร่งปฏิกิริยาคอมโพสิตอิเล็กโทรดสำหรับการใช้งานแบตเตอรี่ไหลวาเนเดียมรีดอกซ์Wei, G., Jia, Q., Liu, J. และ Yang, K. ตัวเร่งปฏิกิริยาอิเล็กโทรดคอมโพสิตที่อิงตามท่อนาโนคาร์บอนที่มีซับสเตรตสักหลาดคาร์บอนสำหรับใช้ในแบตเตอรี่วาเนเดียมรีดอกซ์ Wei, G., Jia, C., Liu, J. และ Yan, C. Wei, G., Jia, C., Liu, J. & Yan, C. อิเล็กโทรดคอมโพสิตตัวเร่งปฏิกิริยาคาร์บอนนาโนทิวบ์ที่โหลดด้วยความรู้สึกสำหรับการประยุกต์ใช้แบตเตอรี่การไหลของของเหลวเพื่อลดการเกิดออกซิเดชันของวาเนเดียมWei, G., Jia, Q., Liu, J. และ Yang, K. อิเล็กโทรดคอมโพสิตของตัวเร่งปฏิกิริยาท่อนาโนคาร์บอนที่มีพื้นผิวสักหลาดคาร์บอนสำหรับการใช้งานในแบตเตอรี่วาเนเดียมรีดอกซ์เจ.พาวเวอร์.220, 185–192.https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2012.07.081 (2555).
Moon, S., Kwon, BW, Chung, Y. & Kwon, Y. ผลกระทบของบิสมัทซัลเฟตที่เคลือบบน CNT ที่ถูกทำให้เป็นกรดต่อประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ไหลวานาเดียมรีดอกซ์ Moon, S., Kwon, BW, Chung, Y. & Kwon, Y. ผลกระทบของบิสมัทซัลเฟตที่เคลือบบน CNT ที่ถูกทำให้เป็นกรดต่อประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ไหลวานาเดียมรีดอกซ์Moon, S. , Kwon, BW, Chang, Y. และ Kwon, Y. อิทธิพลของบิสมัทซัลเฟตที่สะสมบน CNTs ที่ถูกออกซิไดซ์ต่อลักษณะของแบตเตอรี่วาเนเดียมรีดอกซ์ที่ไหลผ่าน Moon, S., Kwon, BW, Chung, Y. & Kwon, Y. 涂在酸化CNT 上的硫酸铋对钒氧化还原液流电池性能的影响。 Moon, S., Kwon, BW, Chung, Y. & Kwon, Y. ผลของบิสมัทซัลเฟตต่อการเกิดออกซิเดชันของ CNT ต่อประสิทธิภาพของแบตเตอรี่การไหลของของเหลวที่ลดลงของวาเนเดียมออกซิเดชันMoon, S. , Kwon, BW, Chang, Y. และ Kwon, Y. อิทธิพลของบิสมัทซัลเฟตที่สะสมบน CNTs ที่ถูกออกซิไดซ์ต่อลักษณะของแบตเตอรี่วานาเดียมรีดอกซ์ที่ไหลผ่านเจ. เคมีไฟฟ้า.พรรคสังคมนิยม.166(12), A2602.https://doi.org/10.1149/2.1181912jes (2019).
Huang R.-H.Pt/ท่อนาโนคาร์บอนหลายชั้นดัดแปลงอิเล็กโทรดที่ใช้งานสำหรับแบตเตอรี่วานาเดียมรีดอกซ์โฟลว์เจ. เคมีไฟฟ้า.พรรคสังคมนิยม.159(10), A1579.https://doi.org/10.1149/2.003210jes (2555).
คาห์น เอส. และคณะแบตเตอรี่วาเนเดียมรีดอกซ์โฟลว์ใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาไฟฟ้าที่ประดับด้วยท่อนาโนคาร์บอนที่เจือด้วยไนโตรเจนซึ่งได้มาจากโครงโลหะออร์กาโนเมทัลลิกเจ. เคมีไฟฟ้า.พรรคสังคมนิยม.165(7), A1388.https://doi.org/10.1149/2.0621807jes (2018).
Khan, P. และคณะแผ่นนาโนกราฟีนออกไซด์ทำหน้าที่เป็นวัสดุเชิงไฟฟ้าเคมีที่ยอดเยี่ยมสำหรับคู่รีดอกซ์ VO2+/ และ V2+/V3+ ในแบตเตอรี่ไหลรีดอกซ์วาเนเดียมคาร์บอน 49(2), 693–700https://doi.org/10.1016/j.carbon.2010.10.022 (2554).
กอนซาเลซ ซี และคณะประสิทธิภาพทางเคมีไฟฟ้าที่โดดเด่นของสักหลาดแกรไฟต์ที่ดัดแปลงด้วยกราฟีนสำหรับการใช้งานแบตเตอรี่วาเนเดียมรีดอกซ์เจ.พาวเวอร์.338, 155-162.https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2016.10.069 (2560).
González, Z., Vizireanu, S., Dinescu, G., Blanco, C. & Santamaría, R. ผนังนาโนคาร์บอนใช้ฟิล์มบางเป็นวัสดุอิเล็กโทรดที่มีโครงสร้างระดับนาโนในแบตเตอรี่ไหลวานาเดียมรีดอกซ์ González, Z., Vizireanu, S., Dinescu, G., Blanco, C. & Santamaría, R. ผนังนาโนคาร์บอนใช้ฟิล์มบางเป็นวัสดุอิเล็กโทรดที่มีโครงสร้างระดับนาโนในแบตเตอรี่ไหลวานาเดียมรีดอกซ์González Z., Vizirianu S., Dinescu G., Blanco C. และ Santamaria R. ฟิล์มบางของผนังนาโนคาร์บอนเป็นวัสดุอิเล็กโทรดที่มีโครงสร้างระดับนาโนในแบตเตอรี่วาเนเดียมรีดอกซ์โฟลว์González Z., Vizirianu S., Dinescu G., Blanco S. และ Santamaria R. ฟิล์มผนังนาโนคาร์บอนเป็นวัสดุอิเล็กโทรดที่มีโครงสร้างระดับนาโนในแบตเตอรี่กระแสวาเนเดียมรีดอกซ์พลังงานนาโน 1(6), 833–839.https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2012.07.003 (2555).
Opar, DO, Nankya, R., Lee, J. & Jung, H. สักหลาดคาร์บอนดัดแปลงกราฟีน mesoporous สามมิติสำหรับแบตเตอรี่ไหลวานาเดียมรีดอกซ์ประสิทธิภาพสูง Opar, DO, Nankya, R., Lee, J. & Jung, H. สักหลาดคาร์บอนดัดแปลงกราฟีน mesoporous สามมิติสำหรับแบตเตอรี่ไหลวานาเดียมรีดอกซ์ประสิทธิภาพสูงOpar DO, Nankya R., Lee J. และ Yung H. สักหลาดคาร์บอน mesoporous ที่ดัดแปลงด้วยกราฟีนสามมิติสำหรับแบตเตอรี่ไหลวานาเดียมรีดอกซ์ประสิทธิภาพสูง Opar, DO, Nankya, R., Lee, J. & Jung, H. 用于高性能钒氧化还原液流电池的三维介孔石墨烯改性碳毡。 Opar, DO, Nankya, R., Lee, J. & Jung, H.Opar DO, Nankya R., Lee J. และ Yung H. สักหลาดคาร์บอน mesoporous ที่ดัดแปลงด้วยกราฟีนสามมิติสำหรับแบตเตอรี่ไหลวานาเดียมรีดอกซ์ประสิทธิภาพสูงเคมีไฟฟ้าพระราชบัญญัติ 330, 135276 https://doi.org/10.1016/j.electacta.2019.135276 (2020)