全钒液流电池碳纤维纸电极的表面改性

发布时间：2021-03-06 02:31

　　采用浸渍和碳化的方法将液流电池碳纤维纸电极与多壁碳纳米管（MWCNT）复合,制备了复合电极材料。通过循环伏安（CV）、交流阻抗（EIS）、单电池测试、扫描电子显微技术（SEM）、电子能谱分析技术（XPS）、比表面积分析技术（BET）等手段对复合电极进行了测试和电化学性能表征分析。结果表明,同未改性电极相比复合电极中碳纤维和MWCNT之间的结合力强,电极亲水性从疏水变成亲水;电阻率从12.5Ω·cm²下降到0.74Ω·cm²;比表面积从2 m²/g增加到99 m²/g。改性后的复合电极电化学反应活性高、循环性能好、电子迁移速度快,多壁碳纳米管在电极表面形成了纳米网络结构增大了电解液中活性物质与电极的反应面积,同时也降低了电池的内阻,增加了传质速度。对组装的单电池在电流密度为100～400 mA/cm²进行充放电测试,发现能量效率在200 mA/cm²的充放电电流下保持在80%以上,功率密度可以达603.32 mW/cm²。本研究有助于推... 

【文章来源】：储能科学与技术. 2020,9(03)

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

CP和CP/MWCNT复合电极SEM形貌及XPS对比：(a)CP;(b)和(c)CP/MWCNT复合电极；(d)XPS O1s峰对比

图2对比了CP电极和CP/MWCNT复合电极与水的接触角，从图1(a)可以看出，CP与水的接触角为146°表现为疏水，图1(b)可以看出CP/MWCNT复合电极与水的接触角为0°，表现出好的亲水性。经过MWCNT修饰的碳纤维电极表面形成纳米结构的微孔，由于表面存在含氧基团，导致其表现出很好的亲水性。在实际的电化学反应中，电解液能以更快的速度到达纤维电极表面，加快电池电化学反应速率。2.3 循环伏安分析

图3为CP电极和CP/MWCNT复合电极在1 mol/L VOSO4溶液中的循环伏安曲线，扫描速度为5 mV/s，扫描范围为0～1.4 V，碳纸的工作面积为1 cm2，扫描起始电位为1.4 V，扫描方向由1.4 V向负向扫描到0，再由0向正向扫描。由图3和表2可知CP/MWCNT碳纤维纸电极氧化峰电位值为0.97 V比CP电极的氧化峰低（1.17 V），还原峰电位值为0.91 V比CP电极的还原峰高（0.8 V）。CP/MWCNT低的氧化电位和高的还原电位表明其极化较小，电极具有高的电化学反应活性。CP/MWCNT的氧化峰电流为149 mA，还原峰电流为75 mA,CP电极的氧化峰电流为107 mA，还原峰电流60 mA。峰电流强度代表电极的催化活性的高低和反应速率，CP/MWCNT复合电极有更高的峰电流，说明其电极有更高的反应活性和更快的反应速率。2.4 交流阻抗分析

【参考文献】：
期刊论文
[1]液流电池技术的最新进展[J]. 谢聪鑫,郑琼,李先锋,张华民.  储能科学与技术. 2017(05)
[2]不同体积比混酸处理活性炭对VO2+/VO2+活性的影响[J]. 朱雪婧,陈金伟,王瑞林,王刚,张洁,刘双任.  西南民族大学学报(自然科学版). 2015(03)
[3]全钒液流电池用碳纳米管-石墨复合电极的研究[J]. 黄可龙,陈若媛,刘素琴,史小虎,张庆华.  无机材料学报. 2010(06)



本文编号：3066284