304 Нанокомпозитҳои найчаи капиллярӣ дар асоси оксиди волфрам/фуллерен ҳамчун электрокатализаторҳо ва ингибиторҳои реаксияҳои паразитии VO2+/VO2+ дар кислотаҳои омехта

Ташаккур ба шумо барои боздид аз Nature.com.Шумо версияи браузерро бо дастгирии маҳдуди CSS истифода мебаред.Барои таҷрибаи беҳтарин, мо тавсия медиҳем, ки шумо браузери навшударо истифода баред (ё Ҳолати мутобиқатро дар Internet Explorer хомӯш кунед).Илова бар ин, барои таъмини дастгирии доимӣ, мо сайтро бе услубҳо ва JavaScript нишон медиҳем.
Якбора карусели се слайдро намоиш медиҳад.Тугмаҳои Пешина ва Ояндаро истифода баред, то дар як вақт дар се слайд гузаред ё тугмаҳои слайдерро дар охир истифода баред, то дар як вақт аз се слайд гузаред.

аз пӯлоди зангногир 304 Coil Tube таркиби химиявӣ

304 Tube Coil аз пӯлоди зангногир як навъ хӯлаи хром-никели аустенитӣ мебошад.Мувофиқи маълумоти истеҳсолкунандаи қубури пӯлоди зангногир 304, ҷузъи асосии он Cr (17% -19%) ва Ni (8% -10,5%) мебошад.Барои баланд бардоштани муқовимати он ба зангзанӣ миқдори ками Mn (2%) ва Si (0,75%) мавҷуд аст.

Пӯлоди зангногир 304 Хосиятҳои механикии Tube Coil

Хусусиятҳои механикии 304 қубури аз пӯлоди зангногир инҳоянд:

• Қувваи кашиш: ≥515МПа
• Қувваи ҳосилнокӣ: ≥205MPa
• Дарозиш: ≥30%

Барномаҳо & Истифодаи Tube аз пӯлоди зангногир 304 Coil

Арзиши нисбатан баланди батареяҳои редокс ванадий (VRFBs) истифодаи васеъи онҳоро маҳдуд мекунад.Кинетикаи реаксияҳои электрохимиявӣ бояд такмил дода шавад, то зичии нерӯи барқ ​​​​ва самаранокии энергияи VRFB афзоиш ёбад ва ба ин васила арзиши кВт-соат VRFB кам карда шавад.Дар ин кор нанозаррачаҳои оксиди вольфрами гидратӣ (HWO) ба таври гидротермӣ синтезшуда дар электродҳои матои карбон ҷойгир карда шуданд ва ҳамчун электрокатализатор барои реаксияи оксидшавии VO2+/VO2+ санҷида шуданд.Микроскопияи электронии сканкунии майдони партовҳо (FESEM), спектроскопияи рентгении энергияи дисперсивӣ (EDX), микроскопияи электронии интиқоли баландсифат (HR-TEM), дифраксияи рентгенӣ (XRD), спектроскопияи рентгении фотоэлектронӣ (XPS), инфрасурх Фурье трансспектроскопия (FTIR) ва ченкунии кунҷи тамос.Муайян карда шудааст, ки илова кардани фуллерени C76 ба HWO метавонад кинетикаи электродро нисбат ба реаксияи оксидшавии VO2+/VO2+ тавассути баланд бардоштани ноқилӣ ва таъмини гурӯҳҳои функсионалии дорои оксиген дар сатҳи он баланд бардорад.Композити HWO/C76 (50 вазни % C76) барои реаксияи VO2+/VO2+ бо ΔEp аз 176 мВ дар муқоиса бо 365 мВ барои матои карбоннашуда (UCC) мувофиқтарин буд.Илова бар ин, таркиби HWO/C76 монеаи назарраси реаксияи эволютсияи хлори паразитиро аз ҳисоби гурӯҳҳои функсионалии W-OH нишон дод.
Фаъолияти пуршиддати инсон ва инқилоби босуръати саноатӣ боиси афзоиши бебозгашт ба нерӯи барқ ​​гардид, ки дар як сол тақрибан 3 фоиз меафзояд1.Дар тӯли даҳсолаҳо, истифодаи густурдаи сӯзишвории истихроҷшуда ҳамчун манбаи энергия боиси ихроҷи газҳои гулхонаӣ шуда, ба гармшавии глобалӣ, ифлосшавии об ва ҳаво оварда мерасонад ва ба тамоми экосистема таҳдид мекунад.Дар натиҷа, то соли 2050 ҳиссаи энергияи тозаи барқароршаванда ва энергияи офтобӣ ба 75% дар ҳаҷми умумии нерӯи барқ ​​расонида мешавад1.Аммо, вақте ки истеҳсоли энергияи барқароршаванда аз 20% аз ҳаҷми умумии истеҳсоли нерӯи барқ ​​зиёд мешавад, шабака ноустувор мегардад 1. Рушди системаҳои нигоҳдории самараноки энергия барои ин гузариш муҳим аст, зеро онҳо бояд қувваи барқи зиёдатиро захира намуда, талабот ва талаботро мувозинат кунанд.
Дар байни ҳамаи системаҳои нигоҳдории энергия, аз қабили батареяҳои гибридии редокс ванадий2, ҳама батареяҳои гардиши ванадий (VRFBs) аз сабаби бартариҳои зиёди худ3 пешрафтатаринанд ва беҳтарин роҳи нигоҳдории энергия (~30 сол) ҳисобида мешаванд.Истифодаи манбаъҳои барқароршавандаи энергия4.Ин ба ҷудоии қувва ва зичии энергия, вокуниши зуд, мӯҳлати дароз ва хароҷоти нисбатан пасти солонаи $65/кВт/соат дар муқоиса бо 93-140 доллар/кВт/соат барои батареяҳои литий-ион ва сурб-кислота ва 279-420 доллар/кВт/соат вобаста аст./кВт/соат батареяҳо мутаносибан 4.
Бо вуҷуди ин, ба тиҷорати васеъ паҳншудаи онҳо хароҷоти нисбатан баланди сармояи система, асосан аз ҳисоби бастаҳои батареяҳо монеъ мешавад4,5.Ҳамин тариқ, беҳтар кардани кори батарея тавассути баланд бардоштани кинетикаи ду реаксияи нимҳуҷайра метавонад андозаи батареяро кам кунад ва ба ин васила хароҷотро кам кунад.Аз ин рӯ, вобаста ба тарҳ, таркиб ва сохтори электрод интиқоли босуръати электрон ба сатҳи электрод лозим аст, ки бояд бодиққат оптимизатсия карда шавад.Гарчанде ки электродҳои ба карбон асосёфта устувории хуби химиявӣ ва электрохимиявӣ ва гузаронандагии хуби электрикӣ доранд, агар табобат накунанд, кинетикаи онҳо аз сабаби набудани гурӯҳҳои функсионалии оксиген ва гидрофилӣ суст мешавад7,8.Аз ин рӯ, электрокатализаторҳои гуногун бо электродҳои карбон, махсусан наноструктураи карбон ва оксидҳои металлӣ якҷоя карда мешаванд, то кинетикаи ҳарду электродҳоро беҳтар созанд ва ба ин васила кинетикаи электродҳои VRFB-ро зиёд мекунанд.
Бисёр маводи карбон истифода шудаанд, ба монанди коғази карбон9, нанотубаҳои карбон10,11,12,13, наноструктураи графен14,15,16,17, нанофилҳои карбон18 ва дигарон19,20,21,22,23, ба истиснои оилаи фуллерен .Дар таҳқиқоти қаблии худ дар бораи C76, мо бори аввал дар бораи фаъолияти аълои электрокаталитии ин фуллерен нисбат ба VO2+/VO2+ гузориш дода будем, ки нисбат ба матои карбон бо гармӣ коркардшуда ва коркарднашуда муқовимати интиқоли заряд 99,5% ва 97% кам шудааст24.Фаъолияти каталитикии маводи карбон барои реаксияи VO2+/VO2+ дар муқоиса бо C76 дар ҷадвали S1 нишон дода шудааст.Аз тарафи дигар, бисёр оксидҳои металлӣ, аз қабили CeO225, ZrO226, MoO327, NiO28, SnO229, Cr2O330 ва WO331, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38 аз сабаби зиёд шудани намнокӣ ва миқдори зиёди оксиди онҳо истифода мешаванд.гуруххо.Ҷадвали S2 нишондиҳандаҳои каталитикии ин оксидҳои металлиро дар реаксияи VO2+/VO2+ нишон медиҳад.WO3 аз сабаби камхарҷ, устувории баланд дар муҳити кислотавӣ ва фаъолияти баланди каталитикӣ дар шумораи зиёди корҳо истифода шудааст31,32,33,34,35,36,37,38.Аммо, WO3 дар кинетикаи катод беҳбудии каме нишон дод.Барои беҳтар кардани ноқилияти WO3, таъсири истифодаи оксиди волфрам камшуда (W18O49) ба фаъолияти мусбати электрод озмуда шуд38.Оксиди гидратшудаи вольфрам (HWO) ҳеҷ гоҳ дар барномаҳои VRFB озмуда нашудааст, гарчанде ки он дар барномаҳои суперконденсаторӣ аз сабаби тезтар паҳншавии катион дар муқоиса бо WOx39,40 беоб фаъолияти баландтар нишон додааст.Насли сеюми батареяи гардиши оксиди ванадий як электролити омехтаи кислотаи омехтаи HCl ва H2SO4-ро барои беҳтар кардани кори батарея ва беҳтар кардани ҳалшавандагӣ ва устувории ионҳои ванадий дар электролит истифода мебарад.Бо вуҷуди ин, реаксияи паразитӣ дар таҳаввулоти хлор ба яке аз нуқсонҳои насли сеюм табдил ёфтааст, аз ин рӯ дарёфти роҳҳои рафъ кардани реаксияи арзёбии хлор вазифаи якчанд гурӯҳҳои тадқиқотӣ шудааст.
Дар ин ҷо санҷишҳои реаксияҳои VO2+/VO2+ дар композитҳои HWO/C76, ки дар электродҳои матои карбон ҷойгир шудаанд, бо мақсади пайдо кардани мувозинат байни гузаронандагии электрикии композитҳо ва кинетикаи реаксияи реаксия дар сатҳи электрод ҳангоми рафъ кардани таҳшиншавии паразитии хлор гузаронида шуданд.реаксия (KVR).Нанозаррачаҳои гидратшудаи оксиди вольфрам (HWO) бо усули оддии гидротермалӣ синтез карда шуданд.Таҷрибаҳо дар электролитҳои омехтаи кислота (H2SO4/HCl) барои тақлид кардани насли сеюми VRFB (G3) барои роҳат ва таҳқиқи таъсири HWO ба реаксияи эволютсияи хлори паразитӣ42 гузаронида шуданд.
Ванадий (IV) оксиди сулфат (VOSO4, 99,9%, Alfa-Aeser), кислотаи сулфат (H2SO4), кислотаи гидрохлорид (HCl), диметилформамид (DMF, Sigma-Oldrich), поливинилиден фториди (PVDF, Sigma-Aldrich), содиум Дар ин таҳқиқот дигидрати оксиди волфрам (Na2WO4, 99%, Sigma-Aldrich) ва матои гидрофиликии карбон ELAT (Мағозаи сӯзишвории сӯзишворӣ) истифода шуданд.
Оксиди вольфрами гидратонидашуда (HWO) бо реаксияи гидротермикӣ омода карда шуд, ки дар он 2 г намаки Na2WO4 дар 12 мл H2O то ба даст овардани маҳлули ранга гудохта шуд ва сипас 12 мл 2 М HCl то пайдо шудани суспензияи зарди сабук илова карда шуд. ба даст оварда шуд.таваққуф.Реаксияи гидротермалӣ дар автоклави аз пӯлоди зангногир бо тефлон пӯшидашуда дар танӯр дар ҳарорати 180ºC барои 3 соат гузаронида шуд.Боқимонда тавассути филтркунӣ ҷамъ карда шуд, 3 маротиба бо этанол ва об шуста шуд, дар танӯр дар 70 ° C барои ~ 3 соат хушк карда шуд ва сипас хокистарии кабуд-хокистарии HWO ба даст овард.
Электродҳои матои карбон (CCTs) ба даст овардашуда (табобатнашуда) дар шакле истифода мешуданд, ки дар он онҳо дар кӯраи қубур дар 450 ° C дар тӯли 10 соат бо суръати гармкунии 15 ° C / дақиқа дар ҳаво ба даст оварда шудаанд ё таҳти коркарди гармӣ қарор гирифтанд. ба даст овардани UCC (TCC), s Ҳамон кори пештара 24. UCC ва TCC ба электродҳо тақрибан 1,5 см васеъ ва 7 см дарозӣ бурида шуданд.Суспензияҳои C76, HWO, HWO-10% C76, HWO-30% C76 ва HWO-50% C76 бо илова кардани 20 мг хокаи маводи фаъол ва 10 ват% (~ 2,22 мг) пайвандгари PVDF ба ~ 1 мл DMF дар давоми 1 соат омода карда шуд ва барои беҳтар кардани якрангӣ садо дод.Сипас 2 мг композитҳои C76, HWO ва HWO-C76 ба тақрибан 1,5 см2 майдони электроди фаъоли UCC татбиқ карда шуданд.Ҳама катализаторҳо ба электродҳои UCC бор карда шуданд ва TCC танҳо барои муқоиса истифода шуд, зеро кори қаблии мо нишон дод, ки коркарди гармӣ талаб карда намешавад 24 .Ҷойгиршавии таассурот тавассути пошидани 100 мкл суспензия (бор 2 мг) барои якрангии бештар ба даст оварда шуд.Сипас, ҳамаи электродҳо дар танӯр шабона дар ҳарорати 60 ° C хушк карда шуданд.Электродҳо пеш ва баъд аз он чен карда мешаванд, то бори дақиқи захираҳоро таъмин кунанд.Барои он ки майдони муайяни геометрӣ (~1,5 см2) дошта бошад ва аз таъсири капиллярӣ ба электродҳо баланд шудани электролитҳои ванадийро пешгирӣ кунад, ба болои маводи фаъол қабати тунуки парафин андохта шуд.
Барои мушоҳидаи морфологияи сатҳи HWO микроскопи электронии сканерии саҳроӣ (FESEM, Zeiss SEM Ultra 60,5 кВ) истифода шуд.Спектроскопияи энергетикии дисперсивии рентгенӣ, ки бо Feii8SEM (EDX, Zeiss AG) муҷаҳҳаз шудааст, барои харитаи элементҳои HWO-50%C76 дар электродҳои UCC истифода шуд.Барои ба даст овардани тасвирҳои баландсифат ва ҳалқаҳои дифраксионии зарраҳои HWO микроскопи электронии интиқоли баландсифат (HR-TEM, JOEL JEM-2100), ки дар шиддати суръатбахши 200 кВ кор мекунад, истифода шуд.Нармафзори Crystallographic Tool Box (CrysTBox) -ро барои таҳлили ҳалқаҳои дифраксияи HWO бо истифода аз функсияи ringGUI истифода баред ва натиҷаҳоро бо моделҳои XRD муқоиса кунед.Сохтор ва графитизатсияи UCC ва TCC тавассути дифраксияи рентгенӣ (XRD) бо суръати скан аз 2,4 ° / дақиқа аз 5 ° то 70 ° бо Cu Ka (λ = 1,54060 Å) бо истифода аз дифрактометри рентгении паналитикӣ муайян карда шуд.(Модели 3600).XRD сохтори кристалл ва марҳилаҳои HWO-ро нишон медиҳад.Нармафзори PANalytical X'Pert HighScore барои мувофиқ кардани қуллаҳои HWO ба харитаҳои оксиди волфрам, ки дар пойгоҳи додаҳо мавҷуд аст45 истифода мешуд.Натиҷаҳои HWO-ро бо натиҷаҳои TEM муқоиса кунед.Таркиби химиявӣ ва ҳолати намунаҳои HWO тавассути спектроскопияи рентгении фотоэлектронӣ (XPS, ESCALAB 250Xi, ThermoScientific) муайян карда шуд.Нармафзори CASA-XPS (v 2.3.15) барои беқурбшавии қулла ва таҳлили додаҳо истифода шудааст.Барои муайян кардани гурӯҳҳои функсионалии сатҳи HWO ва HWO-50%C76 ченакҳои спектроскопияи инфрасурхии Фурье (FTIR, бо истифода аз спектрометри синфи Перкин Элмер KBr FTIR) анҷом дода шуданд.Натиҷаҳоро бо натиҷаҳои XPS муқоиса кунед.Андозагирии кунҷи тамос (KRUSS DSA25) инчунин барои тавсифи намнокии электродҳо истифода шуданд.
Барои ҳама андозагирии электрохимиявӣ як истгоҳи кории Biologic SP 300 истифода шудааст.Барои омӯзиши кинетикаи электродҳои реаксияи оксидшавии VO2+/VO2+ ва таъсири диффузияи реагент (VOSO4 (VO2+)) ба суръати реаксия вольтметрияи даврӣ (CV) ва спектроскопияи электрохимиявии импеданс (EIS) истифода шудааст.Ҳарду технология як ҳуҷайраи се электродиро бо консентратсияи электролитии 0,1 М VOSO4 (V4+) дар 1 М H2SO4 + 1 М HCl (кислотаи омехта) гудохта истифода мебаранд.Ҳама маълумоти электрохимиявии пешниҳодшуда IR ислоҳ карда шудаанд.Ба сифати электроди истинод ва муқовимат мутаносибан як электроди каломели тофта (SCE) ва катраи платина (Pt) истифода шуданд.Барои CV, суръати сканкунӣ (ν) аз 5, 20 ва 50 мВ/с ба равзанаи эҳтимолӣ (0–1) V нисбат ба SCE барои VO2+/VO2+ татбиқ карда шуд, сипас дар ҷадвали SHE барои нақша ислоҳ карда шуд (VSCE = 0.242 V нисбат ба HSE).Барои тафтиши нигоҳ доштани фаъолияти электрод, коркарди CV дар UCC, TCC, UCC-C76, UCC-HWO ва UCC-HWO-50% C76 дар ν баробар ба 5 мВ/с анҷом дода шуд.Барои ченкунии EIS барои реаксияи оксидшавии VO2+/VO2+, диапазони басомади 0,01-105 Гц ва вайроншавии шиддати занҷири кушод (OCV) 10 мВ истифода шудааст.Ҳар як таҷриба 2-3 маротиба такрор карда шуд, то мувофиқати натиҷаҳо таъмин карда шавад.Константаҳои суръати гетерогенӣ (k0) бо усули Николсон46,47 ба даст оварда шудаанд.
Оксиди вольфрами гидратонидашуда (HVO) бо усули гидротермикӣ бомуваффақият синтез карда шуд.Тасвири SEM дар расм.1а нишон медиҳад, ки HWO гузошташуда аз кластерҳои нанозаррачаҳо бо андозаи зарраҳо дар ҳудуди 25-50 нм иборат аст.
Намунаи дифраксияи рентгении HWO қуллаҳои (001) ва (002) -ро дар ~23,5° ва ~47,5° нишон медиҳад, ки хоси WO2,63 (W32O84) (PDF 077–0810, a = 21,4 Å, b = 17,8 Å, c = 3,8 Å, α = β = γ = 90°), ки ба ранги кабуди зоҳирии он мувофиқат мекунад (расми 1б)48,49.Дигар қуллаҳо дар тақрибан 20,5°, 27,1°, 28,1°, 30,8°, 35,7°, 36,7° ва 52,7° дар (140), (620), (350 ), (720), (740), (560) мебошанд.ва (970) ҳавопаймоҳои дифраксионӣ, мутаносибан, 49 орторомбӣ WO2.63.Сонгара ва дигарон.43 барои ба даст овардани маҳсулоти сафед, ки ба мавҷудияти WO3(H2O)0,333 нисбат дода мешуд, ҳамон усули синтетикиро истифода бурд.Аммо, дар ин кор, бинобар шароити гуногун, маҳсулоти кабуд-хокистарӣ ба даст оварда шуд, ки дар Å мавҷудияти ҳамзистии WO3(H2O)0,333 (PDF 087-1203, a = 7,3 Å, b = 12,5 Å, c = 7,7 ) нишон медиҳад. , α = β = γ = 90°) ва шакли камшудаи оксиди вольфрам.Таҳлили нимкантативӣ бо нармафзори X'Pert HighScore нишон дод 26% WO3(H2O)0,333: 74% W32O84.Азбаски W32O84 аз W6+ ва W4+ (1,67:1 W6+:W4+) иборат аст, мундариҷаи тахминии W6+ ва W4+ мутаносибан тақрибан 72% W6+ ва 28% W4+ мебошад.Тасвирҳои SEM, спектрҳои 1 сонияи XPS дар сатҳи ядро, тасвирҳои TEM, спектрҳои FTIR ва спектрҳои Рамани зарраҳои C76 дар мақолаи қаблии мо пешниҳод карда шуданд24.Мувофиқи Kawada et al.50,51, намунаи дифраксияи рентгении C76 сохтори моноклиникии FCC пас аз хориҷ кардани толуолро нишон медиҳад.
Тасвирҳои SEM дар расм.2а ва б гузоштани бомуваффақияти HWO ва HWO-50%C76-ро дар ва байни нахҳои карбонии электродҳои UCC нишон медиҳанд.Харитаи элементҳои вольфрам, карбон ва оксиген дар тасвири SEM дар расми 2c дар расм нишон дода шудааст.2d-f нишон медиҳад, ки вольфрам ва карбон дар сатҳи электрод яксон омехта шудаанд (тақсимоти шабеҳро нишон медиҳанд) ва таркиб яксон ҷойгир карда нашудааст.аз руи хусусияти усули боришот.
Тасвирҳои SEM аз зарраҳои HWO гузошташуда (а) ва зарраҳои HWO-C76 (б).Харитаи EDX ба HWO-C76 дар UCC бо истифода аз майдони дар тасвир (в) боршуда тақсимоти волфрам (d), карбон (e) ва оксиген (f) дар намуна нишон медиҳад.
HR-TEM барои тасвири баландсифат ва иттилооти кристаллографӣ истифода мешуд (Расми 3).HWO морфологияи нанокубкаро тавре нишон медиҳад, ки дар расми 3а ва равшантар дар расми 3b нишон дода шудааст.Тавассути калон кардани нанокубка барои дифраксияи майдони интихобшуда, сохтори тор ва ҳавопаймоҳои дифраксиониро, ки қонуни Бреггро қонеъ мекунанд, тавре дидан мумкин аст, ки дар расми 3в нишон дода шудааст, ки кристаллии маводро тасдиқ мекунад.Дар замимаи расми 3c масофаи d 3,3 Å мувофиқи ҳавопаймоҳои дифраксионии (022) ва (620) дар WO3(H2O)0,333 ва W32O84, 43, 44, 49 фазаҳо нишон дода шудааст.Ин ба таҳлили XRD-и дар боло овардашуда мувофиқ аст (расми 1б) зеро масофаи ҳавопаймои мушоҳидашуда d (расми 3c) ба қуллаи қавитарин XRD дар намунаи HWO мувофиқат мекунад.Ҳалқаҳои намунавӣ низ дар расм нишон дода шудаанд.3d, ки дар он ҳар як ҳалқа ба як ҳавопаймои алоҳида мувофиқат мекунад.Ҳавопаймоҳои WO3(H2O)0.333 ва W32O84 мутаносибан сафед ва кабуд ранг карда шудаанд ва қуллаҳои мувофиқи XRD низ дар расми 1b нишон дода шудаанд.Ҳалқаи аввалине, ки дар шакли ҳалқа нишон дода шудааст, ба қуллаи аввалини нишондодашуда дар шакли рентгении ҳавопаймои дифраксионии (022) ё (620) мувофиқат мекунад.Аз (022) то (402) ҳалқаҳо, d-масофаҳои 3.30, 3.17, 2.38, 1.93 ва 1.69 Å ёфт шуданд, ки бо арзишҳои XRD 3.30, 3.17, 2.45, 1.96 ва 1.6 мувофиқанд.Å, 44, 45, мутаносибан.
(а) тасвири HR-TEM аз HWO, (б) тасвири васеъшударо нишон медиҳад.Тасвири ҳавопаймоҳои торӣ дар (в) нишон дода шудааст ва дар дохили (в) тасвири васеъшудаи ҳавопаймоҳо ва фосилаи d 0,33 нм, ки ба ҳавопаймоҳои (002) ва (620) мувофиқ аст, нишон дода шудааст.(г) Намунаи ҳалқаи HWO нишон медиҳад, ки ҳавопаймоҳои бо марҳилаҳои WO3 (H2O) 0,333 (сафед) ва W32O84 (кабуд) алоқаманданд.
Таҳлили XPS барои муайян кардани химияи рӯизаминӣ ва ҳолати оксидшавии волфрам гузаронида шуд (Расмҳои S1 ва 4).Спектри скании васеи XPS-и HWO синтезшуда дар расм нишон дода шудааст.S1, ки мавҷудияти вольфрамро нишон медиҳад.Спектрҳои сканерии танги XPS сатҳҳои асосии W 4f ва O 1s дар расм нишон дода шудаанд.мутаносибан 4а ва б.Спектри W 4f ба ду дубли спи-орбита тақсим шудааст, ки ба энергияи ҳатмии ҳолати оксидшавӣ W мувофиқ аст. Қуллаҳои W 4f5/2 ва W 4f7/2 дар энергияи пайвастшавӣ 37,8 ва 35,6 эВ ба W6+ ва қуллаҳои W тааллуқ доранд. 4f5/2 ва W 4f7/2 дар 36,6 ва 34,9 эВ мутаносибан хоси ҳолати W4+ мебошанд.Мавҷудияти ҳолати оксидшавӣ (W4+) минбаъд ташаккули WO2.63-и ғайристехиометриро тасдиқ мекунад, дар ҳоле ки мавҷудияти W6+ нишон медиҳад, ки WO3 стехиометрӣ аз ҳисоби WO3(H2O)0.333.Маълумоти муҷаҳҳаз нишон дод, ки фоизи атомии W6+ ва W4+ мутаносибан 85% ва 15% буданд, ки бо назардошти фарқияти байни ду технология ба арзишҳои аз маълумоти XRD ҳисобшуда нисбатан наздик буданд.Ҳарду усул маълумоти миқдорӣ, махсусан XRD-ро бо дақиқии паст таъмин мекунанд.Илова бар ин, ду усул қисмҳои гуногуни маводро таҳлил мекунанд, зеро XRD усули оммавӣ аст, дар ҳоле ки XPS усули рӯизаминист, ки танҳо ба чанд нанометр наздик мешавад.Спектри O1s дар 533 (22,2%) ва 530,4 эВ (77,8%) ба ду қулла тақсим мешавад.Якум ба OH ва дуюм ба пайвандҳои оксиген дар торча дар WO мувофиқат мекунад.Мавҷудияти гурӯҳҳои функсионалии OH ба хосиятҳои гидратсияи HWO мувофиқат мекунад.
Инчунин дар ин ду намуна таҳлили FTIR гузаронида шуд, то мавҷудияти гурӯҳҳои функсионалӣ ва молекулаҳои ҳамоҳангшудаи об дар сохтори гидратшудаи HWO тафтиш карда шавад.Натиҷаҳо нишон медиҳанд, ки намунаи HWO-50% C76 ва натиҷаҳои FT-IR HWO аз сабаби мавҷудияти HWO якхелаанд, аммо шиддатнокии қуллаҳо аз сабаби миқдори гуногуни намунае, ки ҳангоми омодагӣ ба таҳлил истифода мешаванд, фарқ мекунанд (расми 5а). ).HWO-50% C76 Ҳама қуллаҳои фуллерен 24 ба истиснои қуллаи оксиди волфрам нишон дода шудаанд.Муфассал дар расм.5а нишон медиҳад, ки ҳарду намуна як банди хеле пурқуввати васеъро дар ~ 710 / см нишон медиҳанд, ки ба ларзишҳои дароз кардани OWO дар сохтори торҳои HWO алоқаманданд ва китфи қавӣ дар ~ 840 / см, ки ба WO мансуб аст.банди тез дар ~1610/см ба ларзиши хамшавии OH ва банди васеъи азхудкунӣ дар ~3400/см ба ларзиши дарозшавии OH дар гурӯҳи гидроксил алоқаманд аст43.Ин натиҷаҳо бо спектри XPS дар расми 4б мувофиқанд, ки дар он гурӯҳи функсионалии WO метавонад сайтҳои фаъолро барои реаксияи VO2+/VO2+ таъмин намояд.
Таҳлили FTIR аз HWO ва HWO-50% C76 (a) нишон додани гурӯҳҳои функсионалӣ ва андозагирии кунҷи тамос (b, c).
Гурӯҳи OH инчунин метавонад реаксияи VO2+/VO2+-ро катализ кунад ва ба ин васила гидрофилии электродро зиёд кунад ва ба ин васила суръати интиқоли диффузия ва электронҳоро афзоиш диҳад.Намунаи HWO-50% C76 қуллаи иловагии C76-ро тавре ки дар расм нишон дода шудааст, нишон медиҳад.Қуллаҳо дар ~2905, 2375, 1705, 1607 ва 1445 см3 метавонанд мутаносибан ба ларзишҳои дарозкунии CH, O=C=O, C=O, C=C ва CO таъин карда шаванд.Ба ҳама маълум аст, ки гурӯҳҳои функсионалии оксиген C=O ва СО метавонанд ҳамчун марказҳои фаъол барои реаксияҳои оксидшавии ванадий хизмат кунанд.Барои санҷидан ва муқоисаи намнокии ду электрод, андозагирии кунҷи тамос, тавре ки дар расми 5б, в нишон дода шудааст, истифода шуданд.Электроди HWO фавран қатраҳои обро ҷаббида мекунад, ки аз сабаби гурӯҳҳои функсионалии OH мавҷуд будани супергидрофилиро нишон медиҳад.HWO-50% C76 гидрофобитар аст ва кунҷи тамос пас аз 10 сония тақрибан 135 ° мебошад.Аммо дар ченкунии электрохимиявй электроди HWO-50% C76 дар муддати камтар аз як дақиқа пурра тар карда шуд.Андозагирии намнокӣ бо натиҷаҳои XPS ва FTIR мувофиқат мекунанд ва аз он шаҳодат медиҳанд, ки гурӯҳҳои зиёди OH дар сатҳи HWO онро нисбатан гидрофилӣ мекунанд.
Реаксияҳои VO2+/VO2+-и нанокомпозитҳои HWO ва HWO-C76 санҷида шуданд ва интизор мерафт, ки HWO эволютсияи гази хлорро, ки ҳангоми реаксияҳои VO2+/VO2+ дар кислотаҳои омехта ба амал меояд, бозмедорад, дар ҳоле ки C76 минбаъд VO2+/ VO2+-и дилхоҳро катализ мекунад.Суспензияҳои HWO, ки дорои 10%, 30% ва 50% C76 мебошанд, ба электродҳои UCC бо сарбории умумии тақрибан 2 мг / см2 татбиқ карда шуданд.
Чунон ки дар расм нишон дода шудааст.6, кинетикаи реаксияи VO2+/VO2+ дар сатҳи электрод бо истифода аз CV дар электролитҳои кислотаи омехта тафтиш карда шуд.Барои осон кардани муқоисаи ΔEp ва Ipa/Ipc, ҷараёнҳо ҳамчун I/Ipa нишон дода шудаанд.Катализаторҳои гуногун бевосита аз расм гирифта мешаванд.Маълумоти воҳиди минтақавӣ дар расми 2S нишон дода шудааст.Дар расм.Дар расми 6а нишон дода шудааст, ки HWO суръати интиқоли электронҳои реаксияи оксидшавии VO2+/VO2+-ро дар сатҳи электрод каме зиёд мекунад ва реаксияи эволютсияи хлори паразитиро пахш мекунад.Аммо, C76 суръати интиқоли электронҳоро ба таври назаррас афзоиш медиҳад ва реаксияи эволютсияи хлорро катализатор мекунад.Аз ин рӯ, комплекси дорои таркиби дурусти HWO ва C76 бояд беҳтарин фаъолият ва қобилияти баландтарини ҷилавгирӣ аз реаксияи хлор дошта бошад.Муайян карда шуд, ки пас аз зиёд кардани таркиби C76, фаъолияти электрохимиявии электрод беҳтар шудааст, ки ин аз коҳиши ΔEp ва афзоиши таносуби Ipa/Ipc (Ҷадвали S3) шаҳодат медиҳад.Инро инчунин арзишҳои RCT, ки аз қитъаи Nyquist дар расми 6d гирифта шудаанд (ҷадвали S3) тасдиқ карданд, ки дар он ҷо муайян карда шуд, ки арзишҳои RCT бо афзоиши мундариҷаи C76 коҳиш ёфтааст.Ин натиҷаҳо инчунин бо таҳқиқоти Ли мувофиқанд, ки дар он илова кардани карбони мезопороз ба WO3 мезопороз кинетикаи интиқоли зарядро дар VO2+/VO2+35 беҳтар кардааст.Ин аз он шаҳодат медиҳад, ки реаксияи мусбӣ метавонад бештар аз гузаронандагии электрод (C=C пайванди) вобаста бошад18,24,35,36,37.Бо сабаби тағир додани геометрияи координатсия байни [VO(H2O)5]2+ ва [VO2(H2O)4]+, C76 инчунин метавонад шиддати вокунишро тавассути кам кардани энергияи бофта коҳиш диҳад.Аммо, ин метавонад бо электродҳои HWO имконнопазир бошад.
(а) Рафтори вольтметрии сиклии композитҳои UCC ва HWO-C76 бо таносуби гуногуни HWO:C76 дар реаксияҳои VO2+/VO2+ дар 0,1 М VOSO4/1 М H2SO4 + 1 М HCl электролит (дар ν = 5 мВ/с).(б) Рандлес-Севчик ва (в) усули Николсон VO2+/VO2+ барои баҳодиҳии самаранокии диффузия ва ба даст овардани арзишҳои k0 (d).
На танҳо HWO-50% C76 тақрибан як фаъолияти электрокаталитикиро бо C76 барои реаксияи VO2+/VO2+ нишон медод, балки ҷолибтараш он аст, ки он ба таври иловагӣ эволютсияи гази хлорро дар муқоиса бо C76, тавре ки дар расм нишон дода шудааст, пахш кард.6а гайр аз нишон додани нимдоираи хурдтар дар сурат.6г (RCT поёнтар).C76 нишон дод, ки Ipa/Ipc нисбат ба HWO-50% C76 (Ҷадвали S3), на аз сабаби беҳтар шудани баргардонидани реаксия, балки аз сабаби мувофиқат бо қуллаи коҳиши хлор дар 1,2 В дар муқоиса бо SHE.Беҳтарин иҷрои HWO-50% C76 ба синергетика байни заряди манфии C76 ва функсияҳои баланди намнокӣ ва каталитикии W-OH дар HWO марбут аст.Дар ҳоле ки партови камтари хлор самаранокии пуркунии ҳуҷайраи пурраро беҳтар мекунад, кинетикаи беҳтаршуда самаранокии шиддати пурраи ҳуҷайраро афзоиш медиҳад.
Мувофиқи муодилаи S1, барои реаксияи квазибарқарор (нисбатан суст интиқоли электрон), ки бо диффузия идора мешавад, ҷараёни қуллаи баланд (IP) аз шумораи электронҳо (n), майдони электрод (А), коэффисиенти диффузия (D), адад вобаста аст. коэффисиенти интиқоли электронҳо (α) ва суръати сканер (ν).Барои омӯхтани рафтори паҳншавандаи маводҳои санҷидашуда, муносибати байни IP ва ν1/2 тарҳрезӣ шуда, дар расми 6б нишон дода шудааст.Азбаски ҳама маводҳо муносибати хатӣ нишон медиҳанд, реаксия тавассути диффузия идора карда мешавад.Азбаски реаксияи VO2+/VO2+ квазибаргардон аст, нишебии хат аз коэффисиенти диффузия ва арзиши α (муодилаи S1) вобаста аст.Аз сабаби коэффисиенти доимии диффузия (≈ 4 × 10-6 см2 / с)52, фарқияти нишебии хат бевосита арзишҳои гуногуни α ва аз ин рӯ суръати гуногуни интиқоли электронҳоро ба сатҳи электрод бо C76 ва HWO -50 нишон медиҳад. % C76, нишебиҳои баландтаринро нишон медиҳад (баландтарин суръати интиқоли электрон).
Нишебиҳои ҳисобшудаи пастбасомади Warburg (W), ки дар ҷадвали S3 нишон дода шудаанд (расми 6d) барои ҳама маводҳо арзишҳои наздик ба 1 доранд, ки диффузияи комили зарраҳои оксидҳоро нишон медиҳанд ва рафтори хаттии IP нисбат ба ν1/2 барои CV тасдиқ мекунанд.ченакҳо.Барои HWO-50% C76, нишебии Варбург аз ваҳдат то 1,32 дур мешавад, ки саҳмро на танҳо аз паҳншавии нимбеохири реактивҳо (VO2+), балки эҳтимолан рафтори қабати тунук дар рафтори диффузия аз сабаби ковокагии электрод дорад.
Барои тањлили минбаъдаи бозгаштпазирии (суръати интиќоли электронњо) реаксияи оксидшавии VO2+/VO2+, инчунин усули реаксияи квазибозгашти Николсон барои муайян кардани константаи стандарти суръати k041.42 истифода шуд.Ин бо роҳи кашидани параметри кинетикии беандоза Ψ ҳамчун функсияи ΔEp ҳамчун функсияи ν−1/2 бо истифода аз муодилаи S2 анҷом дода мешавад.Ҷадвали S4 арзишҳои Ψ-ро барои ҳар як маводи электрод нишон медиҳад.Натиљањоро (расми 6c) барои ба даст овардани k0 × 104 см/с (дар пањлўи њар як сатр навишта шудааст ва дар љадвали S4 оварда шудааст) бо истифода аз муодилаи S3 барои нишебии њар як ќитъа тартиб дињед.HWO-50% C76 нишон дода шуд, ки нишебии баландтарин (расми 6c) ва аз ин рӯ арзиши баландтарини k0 2,47 × 10-4 см/с мебошад.Ин маънои онро дорад, ки ин электрод кинетикаи зудтаринро бо натиҷаҳои CV ва EIS дар расмҳои 6а ва d ва Ҷадвали S3 таъмин мекунад.Илова бар ин, арзишҳои k0 инчунин аз қитъаҳои Nyquist (расми 6d) муодилаи S4 бо истифода аз арзишҳои RCT (Ҷадвали S3) гирифта шудаанд.Ин натиҷаҳои k0 аз EIS дар ҷадвали S4 ҷамъбаст карда шудаанд ва инчунин нишон медиҳанд, ки HWO-50% C76 суръати баландтарини интиқоли электронро аз сабаби таъсири синергистӣ нишон медиҳад.Гарчанде ки арзиши k0 аз сабаби пайдоиши гуногуни ҳар як усул фарқ мекунад, он то ҳол ҳамон як тартиби бузургиро нишон медиҳад ва мувофиқат мекунад.
Барои пурра фаҳмидани кинетикаи аъло, ки ба даст овардан мумкин аст, муқоиса кардани маводи оптималии электрод бо электродҳои изолятсияшудаи UCC ва TCC муҳим аст.Барои реаксияи VO2+/VO2+, HWO-C76 на танҳо пасттарин ΔEp ва бозгашти беҳтарро нишон дод, балки инчунин реаксияи эволютсияи хлори паразитиро дар муқоиса бо TCC ба таври назаррас коҳиш дод, тавре ки бо коҳиши назарраси ҷараён дар 1,45 В дар муқоиса бо дидани OHA (расми 2) нишон дода шудааст. 7а).Дар робита ба устуворӣ, мо тахмин кардем, ки HWO-50% C76 аз ҷиҳати ҷисмонӣ устувор аст, зеро катализатор бо пайвандгари PVDF омехта карда шуда, сипас ба электродҳои матои карбон татбиқ карда мешавад.Дар муқоиса бо 50 мВ барои UCC, HWO-50% C76 тағирёбии қуллаи 44 мВро пас аз 150 давра нишон дод (суръати таназзул 0,29 мВ/сикл) (Расми 7б).Ин метавонад фарқияти калон надошта бошад, аммо кинетикаи электродҳои UCC хеле суст аст ва бо велосипедронӣ, махсусан барои реаксияи бозгашт, паст мешавад.Ҳарчанд бозгаштпазирии TCC нисбат ба UCC хеле беҳтар аст, TCC пас аз 150 давра тағирёбии баланди қуллаи 73 мВ дорад, ки шояд аз миқдори зиёди хлор аз сатҳи он хориҷ карда шавад.Барои он ки катализатор ба сатхи электрод нагз часпида бошад.Тавре ки дар ҳамаи электродҳои санҷида дида мешавад, ҳатто онҳое, ки катализаторҳои дастгирӣ надоранд, дараҷаҳои гуногуни ноустувории велосипедро нишон медиҳанд ва нишон медиҳанд, ки тағирот дар ҷудошавии қулла дар ҷараёни велосипед на аз ҷудошавии катализатор, на аз ҷудошавии катализаторҳо аз ғайрифаъолшавии мавод дар натиҷаи тағирёбии кимиёвӣ мебошад.Инчунин, агар миқдори зиёди зарраҳои катализатор аз сатҳи электрод ҷудо карда шаванд, ин ба афзоиши назарраси ҷудошавии қулла (на танҳо 44 мВ) оварда мерасонад, зеро субстрат (UCC) барои VO2+/VO2+ нисбатан ғайрифаъол аст. реаксияи реаксия.
Муқоисаи CV (а) ва устувории реаксияи оксидшавии VO2+/VO2+ (б) маводи оптималии электроди нисбат ба CCC.Дар электролит 0,1 М VOSO4/1 М H2SO4 + 1 М HCl, ҳама CV ба ν = 5 мВ/с баробаранд.
Барои баланд бардоштани ҷолибияти иқтисодии технологияи VRFB, такмил ва дарки кинетикаи реаксияи оксидшавии ванадий барои ноил шудан ба самаранокии баланди энергия муҳим аст.Композитхои HWO-C76 тайёр карда, таъсири электрокаталитикии онхо ба реаксияи VO2+/VO2+ омухта шуданд.HWO каме такмилдиҳии кинетикиро нишон дод, аммо эволютсияи хлорро дар электролитҳои кислотаи омехта ба таври назаррас коҳиш дод.Таносуби гуногуни HWO: C76 барои беҳтарсозии минбаъдаи кинетикаи электродҳои ба HWO асосёфта истифода шуданд.Зиёд кардани таркиби C76 ба HWO метавонад кинетикаи интиқоли электронии реаксияи VO2+/VO2+-ро дар электроди тағирёфта беҳтар кунад, ки дар байни онҳо HWO-50% C76 беҳтарин мавод аст, зеро он муқовимати интиқоли зарядро коҳиш медиҳад ва таҳаввулоти гази хлорро дар муқоиса бо C76.ва TCC озод карда мешаванд.Ин ба таъсири синергетикӣ байни гибридизатсияи C=C sp2, гурӯҳҳои функсионалии OH ва W-OH вобаста буд.Дараҷаи таназзули HWO-50% C76 дар як давра ба давра 0,29 мВ / давра муайян карда шуд, дар ҳоле ки UCC ва TCC мутаносибан 0,33 мВ / давра ва 0,49 мВ / давра мебошанд, ки онро дар электролитҳои кислотаи омехта хеле устувор мекунанд.Натиҷаҳои пешниҳодшуда бомуваффақият маводи электроди баландсифатро барои реаксияи VO2+/VO2+ бо кинетикаи тез ва устувории баланд муайян мекунанд.Ин шиддати баромадро зиёд мекунад ва ба ин васила самаранокии нерӯи VRFB-ро беҳтар мекунад ва ба ин васила арзиши тиҷоратикунонии ояндаи онро коҳиш медиҳад.
Маҷмӯи додаҳои дар таҳқиқоти ҷорӣ истифодашуда ва/ё таҳлилшуда аз муаллифони мувофиқ бо дархости асоснок дастрас мебошанд.
Лудерер Г. ва дигарон.Ҳисоб кардани нерӯи шамол ва офтоб дар сенарияҳои глобалии энергияи ками карбон: муқаддима.Иқтисоди энергетика.64, 542–551.https://doi.org/10.1016/j.eneco.2017.03.027 (2017).
Ли, ҲҶ, Парк, С. ва Ким, Ҳ. Таҳлили таъсири таҳшиншавии MnO2 дар иҷрои батареяҳои ҷараёни оксидшавии мангании ванадий.J. Электрохимия.чамъият.165 (5), A952-A956.https://doi.org/10.1149/2.0881805jes (2018).
Шах, А.А., Тангирала, Р., Сингх, Р., Уиллс, RGA ва Уолш, FK модели ҳуҷайраи динамикӣ барои батареяи гардиши пурраи ванадий.J. Электрохимия.чамъият.158(6), А671.https://doi.org/10.1149/1.3561426 (2011).
Gandomi, YA, Aaron, DS, Zawodzinski, TA, and Mench, MM Андозагирии потенсиалии тақсимот дар макон ва модели санҷиши батареяи ҷараёни пурраи ванадий.J. Электрохимия.чамъият.163 (1), A5188-A5201.https://doi.org/10.1149/2.0211601jes (2016).
Tsushima, S. ва Suzuki, T. Моделсозӣ ва моделиронии батареяи оксидшавии ванадий бо майдони флюси байниҳамдигарӣ барои оптимизатсияи сохтори электрод.J. Электрохимия.чамъият.167(2), 020553. https://doi.org/10.1149/1945-7111/ab6dd0 (2020).
Sun, B. ва Skillas-Kazakos, M. Тағйир додани маводҳои электроди графитӣ барои татбиқ дар батареяҳои ванадий Redox - I. Табобати гармӣ.электрохимия.Acta 37(7), 1253–1260.https://doi.org/10.1016/0013-4686(92)85064-R (1992).
Liu, T., Li, S., Zhang, H., and Chen, J. Advances дар маводи электрод барои беҳтар кардани зичии барқ ​​дар батареяҳои ҷараёни ванадий (VFBs).J. Химияи энергетикй.27(5), 1292–1303.https://doi.org/10.1016/j.jechem.2018.07.003 (2018).
Лю, QH ва дигарон.Ҳуҷайраи ҷараёни редокс ванадий самаранокии баланд бо конфигуратсияи оптимизатсияшудаи электрод ва интихоби мембрана.J. Электрохимия.чамъият.159 (8), A1246-A1252.https://doi.org/10.1149/2.051208jes (2012).
Wei, G., Jia, K., Liu, J., and Yang, K. Composite carbon nanotubbe catalizer electrodes бо дастгирии ҳис карбон барои барномаҳои батареяи ванадий redox.J. Таъмини барқ.220, 185-192.https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2012.07.081 (2012).
Мун, S., Kwon, BV, Chang, Y., and Kwon, Y. Таъсири сулфати висмут дар CNTs кислоташуда дар иҷрои батареяҳои ҷараёни оксидшавии ванадий.J. Электрохимия.чамъият.166 (12), A2602.https://doi.org/10.1149/2.1181912jes (2019).
Хуан, Р.-Х.интизор шавед.Электродҳои фаъол бо нанотубаҳои карбонии платина/бисёрдеворӣ барои батареяҳои ҷараёни редокс ванадий.J. Электрохимия.чамъият.159(10), А1579.https://doi.org/10.1149/2.003210jes (2012).
Аммо, С ва дигарон.Батареяи ҷараёни редокс ванадий электрокатализаторҳоро истифода мебарад, ки бо нанотубаҳои карбон бо нитроген оро дода шудаанд, ки аз скафлдҳои органометаллӣ гирифта шудаанд.J. Электрохимия.чамъият.165(7), А1388.https://doi.org/10.1149/2.0621807jes (2018).
Хан, П.Наносадҳои оксиди графен ҳамчун маводи аълои аз ҷиҳати электрохимиявӣ фаъол барои ҷуфтҳои оксидшавии VO2+/ ва V2+/V3+ барои батареяҳои гардиши оксиди ванадий.Карбон 49(2), 693–700.https://doi.org/10.1016/j.carbon.2010.10.022 (2011).
Гонсалес, З.Иҷрои аълои электрохимиявии графити бо графен тағирёфта барои батареяҳои редокси ванадий.J. Таъмини барқ.338, 155-162.https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2016.10.069 (2017).
Гонсалес З., Визириану С., Динеску Г., Бланко С. ва Сантамария Р. Филмҳои нановолл карбон ҳамчун маводи электроди наноструктурӣ дар батареяҳои ҷараёни редокс ванадий.Nano Energy 1(6), 833–839.https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2012.07.003 (2012).
Opar DO, Nankya R., Lee J., and Yung H. Сеченакаи графен тағирёфтаи карбон мезопорозро барои батареяҳои ҷараёни баландсифати ванадий редокс ҳис карданд.электрохимия.Санади 330, 135276. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2019.135276 (2020).