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在石墨毡电极上无金属制备氮掺杂垂直石墨烯,增强高性能氧化还原液流电池的反应动力学和传质
Advanced Energy Materials ( IF 24.4 ) Pub Date : 2023-11-12 , DOI: 10.1002/aenm.202302521
Jincong Guo 1, 2 , Lyuming Pan 1, 2 , Jing Sun 3 , Dongbo Wei 1, 2 , Qiuxia Dai 2, 4 , Junhui Xu 2, 4 , Quanlong Li 5 , Meisheng Han 1, 2 , Lei Wei 1, 2 , Tianshou Zhao 1, 2
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石墨毡常用于氧化还原液流电池,但其低比表面积和较差的催化活性导致传质和反应动力学不理想。这里,通过无金属化学气相沉积方法在石墨毡上原位生长氮掺杂垂直石墨烯,由于大量暴露的高密度尖锐石墨烯边缘和氮掺杂,该石墨烯表现出高比表面积和显着的催化活性。多物理模拟表明,垂直纳米结构促进了钒离子到达电极/电解质界面的可及性,有效降低了活性物质的传质阻力。密度泛函理论计算证据表明,氮掺杂通过促进钒离子的吸附和氧化还原来帮助提高催化活性。因此,氮掺杂垂直石墨烯/石墨毡电极在200 mA cm -2下的能量效率为87.1% ,显着高于原始电极(65.9%)和空气氧化电极(73.1%),能量效率超过在300 mA cm -2下,1500次循环后的效率为80.2%,高峰值功率密度为1308.56 mW cm -2,优于之前报道的液流电池用碳纳米材料装饰电极。值得注意的是,合成过程仅涉及气相反应,无需金属催化剂,以避免析氢反应。这项工作为开发液流电池的高性能电极提供了一条令人兴奋的途径。



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更新日期:2023-11-12
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