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DOI:10./d1nrg
研究表明,对低成本电纺碳纳米纤维(CNF)形态和物理特性的优化可提高钒氧化还原液流电池(VRFBs)中碳纳米纤维电极的电化学性能。CNF的表面积、孔隙率和电导率是通过改变聚合物前驱体中的前驱体组成,尤其是牺牲剂Fe(acac)3以及碳化温度来定制的。通过催化铁纳米颗粒周围石墨碳球的生长产生具有大表面积的高度多孔结构,并采用酸蚀刻工艺将其去除。在高碳化温度下形成的石墨碳层有利于增强CNFs的导电性。m2/g的大表面积以及丰富的中孔结构使电极具有较高的润湿性和高氧化还原活性,从而提高VRFBs的电化学性能。当电流密度为20mA/cm2时,其能效(EE)为91.4%,当电流密度为mA/cm2时,其能效为79.3%,在mA/cm2下进行次充电/放电循环后,其平均能效值保持在72.5%。
图1.(a)PCNF制备过程示意图;(b)静电纺丝后CNF-1的SEM图像;(c)稳定后分布在PAN纤维中的Fe纳米粒子的TEM图像;(d)碳化后石墨碳层包裹中空笼中的Fe3C纳米颗粒的HRTEM图像,插图为晶格平面;(e)硝酸蚀刻Fe3C后的PCNFs。
图2.(a)在不同碳化温度(1和℃)下制备的CNFs和PCNFs的N2吸附/解吸等温线,(b)表面积和孔体积,(c)拉曼光谱,以及(d)XRD图谱。
图3.(a)CNF-1和PCNF-1-4/8/12电极,以及(b)CNF-1和PCNF-0/1/-8电极在0.1MV(IV)+3MH2SO4中于2mV下获得的CV曲线。(c)CNF-1和PCNF-1-4/8/12,以及(d)CNF-1和PCNF-0/1/-8电极在1mHz至kHz频率范围内的EIS数据。
图4.(a)极化曲线在0-1mA/cm2电流密度范围内的变化,(b,c)不同电极在20和80mA/cm2电流密度下的充放电电压-容量密度曲线;(d)PCNF--8电极在不同电流密度下的充放电电压-容量曲线;(e,f)不同电极在不同电流密度下的库仑效率和能量效率。
图5.(a)PCNF--8电极在mA/cm2电流密度下的库仑、电压和能量效率;(b)VRFBs用CNF电极的能量效率与电流密度的关系比较。
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