赵天寿院士EnSM: 一种用于高功率钒氧化还原液流电池的新型电极

钒氧化还原液流电池 (VRFB) 因其通过在负极和正极上使用相同元素消除了交叉污染而获得了广泛关注。然而，目前的 VRFB 成本太高，这推动了广泛的研究工作以降低成本，包括探索新型氧化还原对、关键组件替代材料的合成和系统优化等。

图1. PCNF-AECF的合成

在此，香港科技大学赵天寿院士等人报告了一种新型电极，由微尺度对齐的电纺碳纤维（ECF）(AECFs)与多孔碳纳米纤维(PCNFs)通过双喷嘴静电纺丝的方法编织而成。

AECF 支架源自聚丙烯腈 (PAN) 溶液，而PCNF使用聚乙烯醇 (PVA) -聚四氟乙烯 (PTFE) 乳液制造，其中 PVA 作为碳源并与成孔剂PTFE物理交联。AECFs为电解液流动提供了有效的途径并促进了面内方向的均匀分布，而 PCNFs为氧化还原反应提供了丰富的活性表面积。

图2. LBM 模拟几何结构对电解液流动和电池性能的影响

因此，新开发的PCNF-AECF电极使VRFB 在400 mA cm^-2的电流密度下实现 79.3% 的能量效率，比纯PCNF高 9.9%，比纯AECFs高14.1%。更令人印象深刻的是，该电池能够提供高达~1.9 W cm^-2的峰值功率密度和~5000 mA cm^-2的极限电流密度。

这些结果表明，在对齐的微纤维之间交织多孔碳纳米纤维的策略有效地解决了多孔电极的渗透性和表面积之间的矛盾，为制造用于钒氧化还原液流电池的高性能电极开辟了新领域。

图3. 具有PCNF-AECF-2电极的VRFB的电化学性能

Aligned Microfibers Interweaved with Highly Porous Carbon Nanofibers: A Novel Electrode for High-power Vanadium Redox Flow Batteries, Energy Storage Materials 2021. DOI: 10.1016/j.ensm.2021.08.034

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赵天寿院士EnSM: 一种用于高功率钒氧化还原液流电池的新型电极

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