原位生长Cr2O3修饰CNF作为钒氧化还原电池双功能电极材料

　　华北理工大学何章兴&王岭Colloids Surf. A Physicochem. Eng. Aspects：原位合成Cr2O3修饰CNF作为钒氧化还原电池双功能电极材料
　　DOI: 10.1016/j.colsurfa.2021.127287
　　静电纺丝是一种特殊的纤维制备工艺，具有设备简单、成本低、工艺条件可控等优点。在本研究中，通过静电纺丝技术在碳纳米纤维上原位生长Cr2O3。系统研究了不同Cr2O3含量对碳纳米纤维形貌和理化性能的影响。原位生长的Cr2O3纳米粒子均匀分布在碳纳米纤维上，增加了碳纳米纤维的缺陷程度。Cr2O3修饰的碳纤维电极具有良好的电化学可逆性和钒离子氧化还原反应活性。在150mA·cm-2下，与原始电池相比，改性电池的放电容量和能量效率分别提高了77.2％和6％。此外，改性电池的储能性能也得到了显著的改善。碳纳米纤维与具有较高催化性能的二元催化剂Cr2O3的协同作用可有效提升VRFB的性能。
　　图1.静电纺丝制备Cr2O3修饰碳纤维示意图。
　　图2.CNF、CNF-Cr2O3-5、CNF-Cr2O3-10和CNF-Cr2O3-20的X射线衍射图。
　　图3.（a,b）CNF，（c,d）CNF-Cr2O3-5，（e,f）CNF-Cr2O3-10，（g,h）CNF-Cr2O3-20的扫描电镜图。
　　图4.CNF-Cr2O3-10的X射线光电子能谱，（a）全谱；（b）Cr2p高分辨率光谱；（c）O1s高分辨率光谱；（d）CNF和CNF/Cr2O3的拉曼光谱；（f）G峰放大图；（f）碳纳米纤维在空气中的热重曲线。
　　图5.（a）CNF、CNF-Cr2O3-5、CNF-Cr2O3-10和CNF-Cr2O3-20在15mV·s-1扫描速率下的CV。（b）CNF和CNF-Cr2O3的氧化还原峰值电流。（c）CNF、（d）CNF-Cr2O3-5、（e）CNF-Cr2O3-10和（f）CNF-Cr2O3-20在不同扫描速率下的CV。
　　图6.（a）不同电极在0.85V极化电位下的奈奎斯特图和（b）等效电路。
　　图7.（a）CNF和CNF-Cr2O3-10电极在12mV·s-1扫描速率下的CV，（b）CNF和（c）CNF-Cr2O3-10电极在不同扫描速率下的循环伏安曲线。（d）CNF和（e）CNF-Cr2O3-10氧化还原反应峰值电流与扫描速率平方根的关系，（f）不同电极在-0.45V极化电位下进行V2+/V3+氧化还原反应的奈奎斯特图。
　　图8.（a）使用CNF和CNF-Cr2O3-10的电池在50-150mA·cm-2电流密度下的放电容量，（b）库仑效率，（c）电压效率和（d）能量效率。CE：库仑效率，VE：电压效率，EE：能源效率。
　　图9.（a-e）使用CNF和CNF-Cr2O3-10的电池在不同电流密度下的充放电曲线以及（f）中值放电电压的比较。
　　图10.（a）使用CNF和CNF-Cr2O3-10的电池在100mA·cm-2电流密度下循环50次后的放电容量，（b）库仑效率，（c）电压效率和（d）能量效率。
　　文章来源：北京永康乐业公司 http://www.biofabrication.cn/
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