September 13, 2026

【液流论文】中科院煤化所张国营NRE:对称性驱动的各向同性水合作用通过偶极抵消效应抑制了蒽醌位异构体在水性有机液流电池中的降解过程

第一作者:郝文涛 通讯作者:张国营 通讯单位:中科院山西煤化所 DOI:10.26599/NRE.2026.9120268 感谢中科院山西煤化所张国营团队校稿! 工作简介 本文提出一项设计原则:采用对称且偶极矩趋近于零的分子核心,可诱导形成一个致密且均匀结合的水合壳层,从而在空间上阻断双分子降解过程。为验证该原理,作者团队合成了偶极矩范围从25.4D至0.0004D的蒽醌类化合物。其中,完全对称的1,5-二氨基蒽醌(15AQS)能够形成一个完整的、紧密堆积的水合壳层。实验结果表明15AQS具有卓越的稳定性:容量衰减率仅为每循环0.00018%,比基准化合物(1,4-、2,6-及2,7-衍生物)低100倍;在0.5M浓度下可实现342mW cm⁻²的峰值功率密度。多模态表征结果证实该水合壳层可固定–NH⁺质子,并保护富电子的C3位点免于发生二聚化反应。综上所述,本研究建立了一套可预测且便于通过计算方法实现的设计规则,旨在提升有机储能分子的固有循环寿命。 《2025年我司用户发表的液流电池论文合集》 研究背景 在过去的十年间,有机阳极材料的分子设计策略几乎完全聚焦于通过电子效应调控氧化还原电位,以及通过引入亲水性取代基来提高水溶性。尽管这些研究极大地拓展了可探索的化学空间,但一个关键的结构维度仍尚未得到充分挖掘:即对界面水合层进行有意识的结构设计。并且,附加于AQ骨架上的每个极性取代基都会调控局部水合环境,包括水合层密度、空间各向异性及氢键动态行为。然而,迄今为止,尚未对此水合层作为抵御双分子降解途径的物理屏障进行系统性策略性设计。因此,从原理上讲,构建一个能够完全包覆芳香族核心、刚性固定不稳定的质子并消除疏水性结合位点的水合层,将能够抑制主要降解途径的反应动力学,而无论这些降解途径所受的热力学驱动力如何。因此推测:当一个具有高对称性且偶极矩趋近于零的分子核心,通过引入对称延伸的亲水性臂进行功能化修饰时,将自发形核形成一个各向同性且紧密结合的水合层。此外,动态伴侣在物理上保护了氧化还原活性AQ框架免受双分子降解途径的影响。 核心内容 1.分子库设计与水合结构预测 图1:(a)AQs的β-取代位置对称性;(b)AQs的α-取代位置对称性;(c)AQs的静电势分布图;(d)AQs的带隙能量与最高占据分子轨道(HOMO);(e)AQs在气相与水溶液中的偶极矩分布图;(f)AQs的电负性曲线图 DFT显示不对称的1,4-异构体具有最大的偶极矩,而2,7-和2,6-异构体的偶极矩值分别为9.0D和5.9D。相比之下,具有高度对称性的1,5-异构体实现了局部键偶极矩的近乎完全抵消,从而导致其偶极矩极低,仅为0.003D。静电势(ESP)分布图进一步证实15AQS具有近乎均匀的表面电荷分布,而其他异构体则呈现出界限分明的正电区与负电区。 对于15AQS而言,ΔE₂ₑ已降至0.28eV,约为其他化合物该值的一半。此外,计算得到的电子亲和能与电负性在该系列化合物中基本保持不变,证实了偶极矩是主导水合壳层结构组织的主要结构描述符。高度对称的15AQS进行了显式溶剂分子动力学模拟结果揭示了水合行为上的显著差异:15AQS诱导形成了一个致密、球对称的水合层,该水合层完全包覆了蒽醌核心,与水分子之间平均形成938个氢键(约每个15AQS分子对应19个氢键),且15AQS与水分子之间的距离短且明确,为0.275nm。通过进一步对比发现,14AQS(在四种异构体中具有最大的偶极矩)所对应的水合层结构最为紊乱,表现为溶质–水分子间氢键数量最少且平均相互作用距离最长。另外两种异构体26AQS与27AQS的偶极矩介于14AQS与15AQS之间,二者具有相似的水合特性:26AQS分子中氢键数量约为721个(相当于每个26AQS分子约含14个氢键),而27AQS分子中氢键数量约为792个(相当于每个27AQS分子约含16个氢键),反映了中等程度的分子对称性与偶极矩特征。总体而言,模拟结果表明15AQS所具有的近零偶极矩与高对称性,共同构建了一个独特的、具有强内聚力且各向同性的水合层,不仅提升了物质在水溶液中的溶解度,还形成了一个动态的质子传导界面,同时通过空间位阻效应保护AQ核心免受双分子侧反应的影响。 图2(a):0.5M 15AQS在水中的分子动力学模拟快照及水合示意图;(b)0.5M 14AQS、26AQS、27AQS在水中的水合示意图;分子动力学模拟结果包括:(c)AQs溶剂化结构周围氢键作用数的优化值;(d)氢键距离分布;(e)AQs分子间结合能   2.合成与基本物理化学性质 目标丙基磺酸酯功能化AQs(即14AQS、15AQS、26AQS和27AQS)是通过相应的二氨基-AQ前体与1,3-丙烷磺酮进行亲核取代反应合成的。进一步展示了适用于工业生产的分子15AQS和26AQS的千克级合成路线。合成效率因锚定位置的不同而存在显著差异:26AQS以中等产率分离得到,而氨基连接的类似物15AQS则在1.03kg规模下以接近定量产率获得。 15AQS在水溶液中的紫外–可见光谱显示在350nm和550nm处存在两个特征吸收峰;吸收带在pH=2–12范围内保持不变,证实了不存在酸碱平衡、聚集或溶剂化色变效应。而且,15AQS具有1.66M的卓越水溶性,几乎是26AQS的两倍,且即使在1M NaOH溶液中仍保持高溶解度(0.99M)。能量分解分析进一步表明15AQS增强的水合稳定性主要源于更强的静电相互作用,而范德华力的贡献近乎相同。此显著的溶解度提升现象为分子动力学模拟所预测的对称二氨基核心的作用提供了直接的实验验证:该核心所具有的各向同性、紧密结合的水合层能够有效屏蔽疏水性表面区域,并最大化其与水之间的热力学相容性。结合稳健且可规模化合成的特性,使15AQS成为在水系氧化还原液流电池系统中进行严格电化学表征与功能评估的理想候选材料。   3.电化学热力学与pH依赖性行为 图3(a):不同pH值下AQS溶液的UV–Vis吸收光谱;(b)15AQS在不同pH条件下的CV曲线;(c)15AQS在不同扫描速率下的CV曲线;(d)15AQS在玻碳旋转圆盘电极上的LSV曲线;(e)阴极15AQS与26AQS(5mM)及阳极Na₄[Fe(CN)₆](5 mM)在1M NaOH溶液中的CV曲线;(f)阴极14AQS与27AQS(5mM)及阳极Na₄[Fe(CN)₆](5 mM)在1M NaOH溶液中的CV曲线 15AQS在水溶液中的循环伏安曲线显示出一个单一、高度可逆的双电子氧化还原波,其E₁/₂=−0.85V,比26AQS的E₁/₂值负约30mV;与15AQS所具有的更强共轭效应相一致(N–H···O=C),从而使得还原反应在热力学上更为困难。相比之下,26AQS由于氨基基团与羰基之间距离较远,因此表现出较弱的共轭效应。两者之间最显著的电化学差异在于pH依赖性氧化还原行为:26AQS遵循经典的Pourbaix行为规律:当pKa₁≈12时,电位以−26mV/pH的斜率线性变化;当pH高于该值时,电位变化与pH无关。与之相反,15AQS呈现出一个三区段的Pourbaix图。在pH<9时,斜率为−62mV/pH,符合协同的2e⁻/2H⁺转移过程的特征;在pH=9至12之间,斜率减小至−18mV/pH,对应于少于一个质子与双电子转移过程耦合的情况;此行为归因于15AQS中的分子内氢键作用,该作用干扰了水合过程中质子的转移;当pH>12时,斜率在0mV/pH处消失,表明电子转移过程不涉及质子参与。同样,结构异构体14AQS和27AQS也表现出受其还原型蒽醌物种顺序去质子化调控的pH依赖性氧化还原特性。对于14AQS,在所有测得的pH条件下均观察到单一氧化还原电对;平衡电位在中等碱性区域(pH=6–13)内呈线性负向偏移,拟合出的表观斜率为−12mV/pH,该表观斜率偏离了理想过程。与15AQS类似,此现象源于分子内氢键作用,该作用干扰了氧化还原反应过程中的质子转移动力学,并改变了耦合质子转移的有效化学计量比。当pH>13时,还原型蒽醌发生完全去质子化,其氧化还原电位变为与pH无关,斜率为0mV/pH。此外,27AQS在pH>13时也呈现单一氧化还原电对。在此强碱性区域内,还原型蒽醌完全去质子化,电子转移过程无需耦合质子参与,对应于0mV/pH的Pourbaix平台。随着pH下降,在循环伏安法中,氧化还原波逐渐分裂为两个独立的氧化还原电对。当与亚铁氰化物阴极电解液配合使用时,四种异构体的开路电压(OCV)按以下顺序排列:14AQS(1.14V)>15AQS(1.12V)>26AQS(1.09V)>27AQS(0.93V)。而且,15AQS的氧化还原电位为1.12V,略高于26AQS的1.09V;而14AQS的氧化还原电位值最高,27AQS的值最低。总体而言,15AQS具备适宜的负氧化还原电位、可调的质子耦合氧化还原化学行为以及在碱性操作条件下完全去质子化的能力,使其特别适用于碱性氧化还原液流电池中实现稳定、高效的循环性能。   4.质量传递与电荷转移动力学 采用旋转圆盘电极(RDE)伏安法显示15AQS的扩散系数D=1.22×10−6cm2 s−1,,比26AQS的扩散系数(9.26×10−7cm2 s−1))高出约30%。而且,15AQS的非均相电子转移动力学显著加快:k₀达到4.38×10−3cm s−1,,比26AQS(1.33×10−3cm s−1))提高了3.3倍。此看似矛盾的增强现象可通过基于MD模拟获得的结构见解得到合理解释:紧凑且各向同性的水合壳层减小了溶质的有效流体动力学半径,从而降低了阻力并增强了其平移迁移率。因此,将此动力学优势归因于其水合壳层内密集且预先有序的氢键网络,从而降低了协同质子耦合电子转移过程中的重组能垒。并且,实验测得的水溶液溶解度(15AQS为1.66M,而26AQS为0.86M)证实了增强的水合能力直接转化为更优的本体相溶剂化效果。   5.全电池循环性能:稳定性提升100倍 图4:(a)在不同电流密度下对0.1M 15AQS||Na₄[Fe(CN)₆] AORFB电池的库仑效率、能量效率及放电容量进行评估;(b)在100%SOC条件下采集的0.1M AQS||Na₄[Fe(CN)₆] AORFBs电池的极化曲线与功率密度曲线;(c)对0.1M 15AQS与Na₄[Fe(CN)₆]组成的循环后电解液进行的CV分析;(d)0.05M 15AQS||Na₄[Fe(CN)₆] AORFBs电池在60mA cm⁻²下的循环性能;(e)0.1M AQS||Na₄[Fe(CN)₆] AORFBs电池在100mA cm⁻²下的循环性能;(f)0.5M 15AQS||Na₄[Fe(CN)₆] AORFBs电池在60mA cm⁻²与100mA […]

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【液流论文】上海交通大学纪亚团队JMCA:经氧化锰改性的同轴静电纺丝中空碳纳米纤维用于钒液流电池

第一作者:阳文胤 通讯作者:纪亚 通讯单位:上海交通大学 DOI:10.1039/d6ta04071c 感谢上海交通大学纪亚团队(第一作者:阳文胤)校稿! 工作简介 本研究设计了中空碳纳米纤维(HCNF)以构建内部传质通道,同时为MnO纳米颗粒的固定化提供双侧活性位点。具体而言,通过采用聚苯乙烯(PS)作为牺牲剂的同轴静电纺丝法制备中空碳纳米纤维;创新性地引入三聚氰胺作为结构优化剂,有效解决了纤维塌陷与粘附问题,制得具有高中空率、结构规整且分散均匀的纤维网络。此外,通过浸渍–退火策略将MnO纳米颗粒均匀锚定于纤维的内表面和外表面,形成MnO@HCNF复合电极。得益于中空结构所提供的增强传质能力以及MnO对VO2⁺/VO₂⁺反应所具有的高效催化活性,该复合电极实现了低电荷转移电阻、大电化学活性表面积以及优异的反应动力学特性。采用优化型HCNF–15MnO电极的VRFBs在100mA cm⁻²时,实现了90.5%的优异EE、91.2%的VE及99.2%的CE,并在200次循环后仍保持90.9%的容量保持率。 《2025年我司用户发表的液流电池论文合集》 研究背景 化石燃料的加速枯竭以及与之相关的日益严峻的环境挑战,促使全球范围内形成了一种共识,即应大力开发风能、太阳能等清洁可再生能源。然而,能源本身具有间歇性和波动性,因此需要高效、可靠的大型储能技术来促进其并网集成与应用。在众多储能技术中,钒氧化还原液流电池(VRFBs)因固有的安全性、长循环寿命、可独立扩展的功率与容量以及快速响应特性,成为大规模储能领域最具前景的候选技术之一。不过,成本与效率方面的挑战仍是阻碍VRFBs实现商业化的主要障碍。因此,提高VRFBs的功率密度与EE对于突破此瓶颈至关重要。作为钒氧化还原液流电池的关键组成部分,电极在决定电池性能及系统成本方面发挥着至关重要的作用,不仅为电化学反应提供电活性位点,还充当电子、离子及反应物的传输通道。理想的VRFB电极应同时具备高导电性、大比表面积、优异的电催化活性以及良好的传质特性,以促进钒氧化还原反应(VO2⁺/VO₂⁺和V²⁺/V³⁺)的快速动力学过程。目前,碳毡、石墨毡、碳纸和碳布因优异的电化学稳定性、高导电性及易于商业化的特性而广泛应用于VRFBs中。然而,商用碳基电极存在反应位点不足、电化学动力学缓慢以及传质路径有限等问题,导致在高电流密度下出现严重极化现象并降低EE。 核心内容 1.空心碳纳米纤维复合电极的合成与优化 图1.MnO@HCNF的制备与优化及碳纳米纤维的形貌表征 HCNF复合电极的制备工艺为碳纳米纤维(CNF)通过静电纺丝结合高温碳化法制备。为获得CNF的中空结构,采用聚苯乙烯(PS)作为牺牲模板,通过同轴静电纺丝法制备。最终通过将氧化锰纳米颗粒固定于HCNF上制备出该HCNF复合电极。SEM图像显示具有致密的内部结构且无孔隙。尽管实心结构具有导电性,但比表面积有限,难以提供足够的活性位点。形成的中空结构揭示了碳纳米纤维内部存在清晰界定的内部空腔。CNF与HCNF的直径以及中空孔隙的直径均在数百纳米范围内,为催化剂固定化与物质传输提供了丰富的活性位点。 图2.碳纳米纤维孔隙结构、形貌及锰负载量的优化 当PS含量较低(10wt%)时,所得碳纳米纤维呈现出清晰的中空结构,具有均匀的纤维直径分布、约100nm的中空孔径以及光滑、完整的纤维壁。然而,当PS含量进一步增加至15wt%时,会导致明显的形貌变化。由于牺牲模板用量过多,碳化后残留的空腔过大,致使纤维壁无法维持完整的管状结构,从而引发局部坍塌与断裂;而且,中空纤维转变为表面具有纵向沟槽的结构,表明过量的PS模板会破坏纤维的结构完整性,反之则会阻碍具有高比表面积的中空结构的形成。循环伏安法测试结果进一步表明具有最高比表面积的HCNF–13PS具有最高的峰值电流密度(与CNF相比,Ipa增加了0.31mA),证实了高比表面积在提升电化学性能中的积极作用。 尽管上述优化工艺制备出了具有特定中空结构的碳纤维,但形态学缺陷仍然显著。具体而言,部分纤维的中空结构出现坍塌现象,伴随纤维壁向内变形,从而形成不规则空腔;同时,纤维之间存在不同程度的粘附现象,部分区域形成团聚体,影响了纤维网络的均匀性与分散性。为解决此问题,本研究创新性地将三聚氰胺作为结构优化剂引入纺丝前驱体溶液中。加入三聚氰胺后,纤维形貌得到逐步改善。当三聚氰胺添加量为10wt%时,可获得最佳形貌改善效果。此时,中空结构变得高度规整,从坍塌的形态转变为发育良好、呈圆形的管状结构;与此同时,纤维间粘附现象显著减轻,原本团聚且缠结的纤维束被分散为独立且轮廓清晰的单根纤维,从而形成一个更为开放的三维网络结构。这种形貌改善很可能归因于三聚氰胺在高温碳化过程中热分解时释放出的气体填充了纤维通道及纤维间空隙,从而有效防止了碳化过程中的通道收缩及纤维间粘附现象。循环伏安法结果表明三聚氰胺逐步改善了结构,电极的电化学性能也相应提高。 此外,SEM图像表明随着锰源含量的增加,纤维表面的氧化锰颗粒逐渐增大;当锰源含量达到0.35g时,表面可清晰观察到明显的氧化锰颗粒。电化学测试结果表明催化位点的负载量对电极性能具有显著影响。   2.空心碳纳米纤维复合电极的电化学性能 图3.(a)VO2⁺/VO₂⁺氧化与还原反应机理示意图;(b)HCNF、HCNF–10ME及HCNF–15MnO在扫描速率为5mV s⁻¹时的CV曲线;(c)HCNF、HCNF–10ME及HCNF–15MnO在0.1M VOSO₄/2.5M H₂SO₄溶液中于开路电位下的奈奎斯特图;(d)峰电流与扫描速率平方根的关系图;(e)HCNF、(f)HCNF–10ME及(g)HCNF–15MnO在不同扫描速率下的CV曲线 CV曲线显示未经三聚氰胺优化的原始HCNF表现出较低的峰值电流密度(Ipa=7.7mA;Ipc=−4.87mA)和较大的峰值电位分离值(DEp=0.152V)。此现象归因于空心结构的坍塌及纤维间粘附作用,限制了活性位点的有效利用以及电解液的充分渗透。对于HCNF–10ME,在经过三聚氰胺优化后,原本坍塌且缠结的纤维转变为结构发达、圆润且独立分散的管状纤维。这种结构演变改善了电解液的传质过程,并增强了电解液与电极之间的接触,从而实现了内外表面活性位点的更高效利用。因此,与原始HCNF相比,HCNF–10ME表现出更高的峰值电流(Ipa=8.6mA;Ipc=−5.56mA)和显著减小的峰值电位分离值(DEp=0.129V)。在进一步负载氧化锰催化剂后,HCNF–15MnO电极展现出最佳的电化学性能(Ipa=10.26mA,Ipc=−6.93mA,DEp=0.107V)。与原始HCNF相比,其氧化峰值电流增加了33.25%,还原峰值电流增加了42.3%,而峰值电位分离值则减小了29.6%。此性能提升归因于负载于中空纤维内、外表面的氧化锰所具有的优异催化活性,该活性显著促进了VO2⁺/VO₂⁺的反应动力学。EIS结果表明HCNF呈现出较大的半圆直径,反映了受阻的电荷转移过程,归因于中空结构坍塌导致的不连续导电网络及活性位点利用率较低。在三聚氰胺优化和MnO催化剂负载下,HCNF-MnO的半圆直径减少,归因于三聚氰胺掺杂所导致的纤维形貌改善,以及由MnO催化剂提供的钒氧化还原反应活化能降低。电极的扩散系数显示随着扫描速率的增加,HCNF–15MnO的氧化峰电流显著高于原始HCNF的氧化峰电流,表明其传质性能得到显著改善。计算得到的扩散系数分别为:HCNF为3.29×10⁻⁵ cm² s⁻¹,HCNF–ME为3.94×10⁻⁵ cm² s⁻¹,HCNF–15MnO为7.06×10⁻⁵ cm² s⁻¹。HCNF–15MnO显著更高的扩散系数可归因于MnO对VO2⁺/VO₂⁺物种的强化学亲和力。   3.使用中空碳纳米纤维复合电极的VRFB性能测试 图4.(a)HCNF、HCNF–ME及HCNF–15MnO的充放电曲线;(b)采用CNF、HCNF、HCNF–10ME及HCNF–15MnO电极组装的VRFBs在50–300mA cm⁻²范围内的VE与CE;(c)在100mA cm⁻²和0.001m s⁻¹流速条件下,中空纤维内V⁴⁺浓度分布的仿真结果;(d)不同流速下中空纤维内V⁴⁺浓度分布的仿真结果;(e)不同改性电极的EE与VE对比;(f)在100mA cm⁻²下、经过200次循环后,配备HCNF–15MnO电极的VRFBs的CE、EE及VE;(g)充放电容量 在100mA cm−2下,HCNF电极表现出最高的充电平台和最低的放电平台,且平台电势差最大,表明极化效应最为严重、反应动力学最为迟缓。此现象与其结构特征相符,包括活性位点不足及质量传输路径受阻。通过逐步进行结构优化,HCNF –ME电极的充放电平台差显著减小,同时伴随较低的充电平台和较高的放电平台,表明极化效应得到了有效缓解。在进一步负载MnO后,MnO@HCNF电极展现出最理想的充放电行为,从而实现了最小的平台电势差,表明反应动力学最为理想且极化损失大幅降低,证实了MnO所提供的显著催化增强作用。此外,在200mA cm⁻²时,MnO@HCNF电极的充电容量和放电容量分别为390.1mAh和387mAh,明显高于未改性的HCNF电极(367mAh和366mAh)。 此外,所有电池的VE与EE均随电流密度的增加而下降,归因于高电流密度下电化学极化与欧姆极化的增强。然而,MnO@HCNF电极在所有电流密度下均展现出最佳的效率性能。在电流密度为50mA cm⁻²时,采用HCNF–15MnO电极组装的电池其EE与VE分别高达94.2%与95.5%;当电流密度增至300mA·cm⁻²时,EE与VE仍分别保持在75.7%与76.1%,高于CNF(EE=69.1%;VE=69.2%)、HCNF(EE=71.1%;VE=71.2%)及HCNF–ME(EE=74.6%;VE=75.0%)的对应值。在所有电流密度下,CNF的VE与EE均低于中空结构电极,且性能随电流密度增加而下降的趋势最为明显。此趋势与在CNF的充放电曲线中观察到的最快容量衰减现象相一致,进一步证实了该固态结构固有的质量传输限制。结果表明,空心结构构建与氧化锰催化作用的协同效应有效增强了电极的反应动力学和传质能力,使得该电池即使在高电流密度下也能保持优异的EE和VE。 COMSOL模拟显示与实心纤维相比,在相同的电流密度和流速条件下,中空结构显著降低了沿纤维方向的V⁴⁺浓度梯度,证实了通道引导与内部对流及扩散的协同作用可有效增强物质传输效率。此外,流场条件对实现此优势至关重要。当流速为0.0001m s⁻¹时,下游区域的浓度分布不均匀,且活性物种供应不足;将流速提高至0.001m s⁻¹可使浓度分布得到显著改善;而当流速为0.01m s⁻¹时,浓度场近乎均匀。结果表明适宜的流速与中空通道结构之间存在显著的协同放大效应。随后,三聚氰胺的优化作用确保了结构完整性,而氧化锰催化剂则显著降低了电荷转移电阻。三个因素的协同作用使得该电极即使在高电流密度下仍能保持优异的反应动力学性能。 长循环测试显示HCNF–15MnO的CE在200次充放电循环中始终高于99%,表明该电池具有良好的密封性、优异的膜选择性且未发生明显的副反应。VE与EE分别为91.2%和90.5%,在经过200次循环后未观察到显著性能衰减,表明其具有优异的效率稳定性。初始充放电容量分别为311.52mAh和308.88mAh,经过200次循环后仍保持在283.37mAh和282.06mAh,对应容量保持率分别为90.9%和91.3%。 核心结论 本研究通过同轴静电纺丝法设计了一种中空碳纳米纤维电极。制备了均匀负载氧化锰纳米颗粒的HCNF复合电极(MnO@HCNF),以同时解决VRFBs中电极传质受限及本征催化活性不足的问题。采用PS作为牺牲剂、三聚氰胺作为碳纳米纤维改性剂,并对其进行全面优化,以制备出形貌规整的中空碳纳米纤维。多种表征技术共同证实了该中空结构的完整性以及MnO活性相的成功负载,MnO纳米颗粒均匀分布于纤维的内外表面。电化学测试表明优化后的HCNF–15MnO电极具有显著降低的电荷转移电阻、扩大的电化学活性表面积以及加速的VO2⁺/VO₂⁺氧化还原反应动力学,性能远优于常规碳纳米纤维电极。得益于中空结构所提供的增强传质性能以及MnO带来的降低反应能垒效应,采用HCNF–15MnO电极组装的VRFB在100mA cm⁻²时,实现了90.5%的高EE、91.2%的VE以及99.2%的CE。经过200次充放电循环后,电极仍保持90.9%的高容量保持率,且EE未出现显著衰减,性能显著优于传统石墨毡电极;而且,即使在300mA cm⁻²下,电极仍能维持75.7%的EE,展现出优异的倍率性能。

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