304 Nana-chomhchodanna feadáin ribeach Bunaithe ar Ocsaíd Tungstain/Fulleréin mar Leictrichatalaíoch agus Coscairí Frithghníomhartha Seadánacha VO2+/VO2+ in Aigéid Mheasctha

Go raibh maith agat as cuairt a thabhairt ar Nature.com.Tá tú ag baint úsáide as leagan brabhsálaí a bhfuil tacaíocht CSS teoranta aige.Chun an taithí is fearr a fháil, molaimid duit brabhsálaí nuashonraithe a úsáid (nó Mód Comhoiriúnachta a dhíchumasú in Internet Explorer).Ina theannta sin, chun tacaíocht leanúnach a chinntiú, taispeánann muid an suíomh gan stíleanna agus JavaScript.
Taispeánann sé timpeallán de thrí shleamhnán ag an am céanna.Bain úsáid as na cnaipí Roimhe agus Ar Aghaidh chun bogadh trí thrí shleamhnán ag an am, nó bain úsáid as na cnaipí sleamhnáin ag an deireadh chun bogadh trí thrí shleamhnán ag an am.

Cruach Dhosmálta 304 Comhdhéanamh Ceimiceach Coil Tube

Is cineál de chóimhiotal cróimiam-nicil austenític é 304 Tube Coil Cruach Dhosmálta.De réir Monaróir Feadáin Coil Cruach Dhosmálta 304, is é Cr (17% -19%) an príomh-chomhpháirt ann, agus Ni (8% -10.5%).D'fhonn a fhriotaíocht ar chreimeadh a fheabhsú, tá méideanna beaga Mn (2%) agus Si (0.75%).

Cruach Dhosmálta 304 Airíonna Meicniúla Coil Tube

Is iad seo a leanas airíonna meicniúla 304 feadán coil cruach dhosmálta:

• Neart teanntachta: ≥515MPa
• Neart toraidh: ≥205MPa
• Fadú: ≥30%

Feidhmchláir & Úsáidí Cruach Dhosmálta 304 Feadán Coil

Cuireann costas réasúnta ard na gcadhnraí sreafa redox vanadium (VRFBanna) teorainn lena n-úsáid fhorleathan.Ní mór cinéitic imoibrithe leictriceimiceacha a fheabhsú chun dlús cumhachta agus éifeachtúlacht fuinnimh an VRFB a mhéadú, rud a laghdóidh costas kWh an VRFB.Sa saothar seo, rinneadh nanacháithníní ocsaíde tungstain hiodráitithe (HWO) a shintéisiú go hidreastatach, C76 agus C76/HWO, a thaisceadh ar leictreoidí éadach carbóin agus tástáladh iad mar leictrea-chatalaíoch don imoibriú ocsaí VO2+/VO2+.Micreascópacht leictreoin a scanadh astuithe allamuigh (FESEM), speictreascópacht X-ghathaithe fuinnimh (EDX), micreascópacht leictreoin tarchurtha ardtaifigh (HR-TEM), díraonta X-gha (XRD), speictreascópacht fótaleictreach X-gha (XPS), infridhearg Fourier Speictreascópacht (FTIR) a chlaochlú agus tomhais uillinne tadhaill.Fuarthas amach gur féidir le C76 fullerene a chur le HWO feabhas a chur ar chinéitic an leictreoid maidir leis an imoibriú redox VO2 +/VO2+ tríd an seoltacht a mhéadú agus grúpaí feidhmiúla ina bhfuil ocsaigin a sholáthar ar a dhromchla.Ba é an ilchodach HWO/C76 (50 wt% C76) an ceann is oiriúnaí don imoibriú VO2 +/VO2+ le ΔEp de 176 mV i gcomparáid le 365 mV i gcás éadach carbóin neamhchóireáilte (UCC).Ina theannta sin, léirigh an comhchodach HWO/C76 cosc ​​suntasach ar an imoibriú éabhlóid clóirín seadánacha mar gheall ar na grúpaí feidhme W-OH.
Mar thoradh ar dhianghníomhaíocht dhaonna agus an réabhlóid thionsclaíoch thapa tá éileamh ard gan stad ar leictreachas, atá ag fás ag thart ar 3% in aghaidh na bliana1.Le blianta fada anuas, tá astaíochtaí gás ceaptha teasa mar thoradh ar úsáid fhorleathan breoslaí iontaise mar fhoinse fuinnimh, rud a fhágann go bhfuil téamh domhanda, truailliú uisce agus aeir ag bagairt ar éiceachórais iomlána.Mar thoradh air sin, faoi 2050 meastar go mbainfidh sciar an fhuinnimh ghlan in-athnuaite agus fuinneamh na gréine 75% den leictreachas iomlán1.Mar sin féin, nuair a sháraíonn táirgeadh fuinnimh in-athnuaite 20% den táirgeadh iomlán leictreachais, éiríonn an eangach éagobhsaí 1. Tá forbairt córais stórála fuinnimh éifeachtach ríthábhachtach don aistriú seo, toisc go gcaithfidh siad leictreachas breise a stóráil agus soláthar agus éileamh a chothromú.
I measc na gcóras stórála fuinnimh go léir cosúil le cadhnraí sreafa hibrideach vanadium redox2, is iad na cadhnraí sreafa redox vanadium go léir (VRFBanna) na cinn is mó chun cinn mar gheall ar a lán buntáistí3 agus meastar gurb iad an réiteach is fearr le haghaidh stórála fuinnimh fadtéarmach (~30 bliain).Úsáid foinsí in-athnuaite fuinnimh4.Tá sé seo mar gheall ar scaradh dlús cumhachta agus fuinnimh, freagairt thapa, saolré fada agus costais bhliantúla réasúnta íseal de $65/kWh i gcomparáid le $93-140/kWh do chadhnraí Li-ian agus luaidhe-aigéad agus 279-420 USD/kWh./kWh cadhnraí faoi seach 4.
Mar sin féin, tá a dtráchtálú forleathan fós ag cur isteach ar chostais chaipitiúla córais réasúnta ard, go príomha mar gheall ar phacáistí ceallraí4,5.Mar sin, is féidir le feabhas a chur ar fheidhmíocht ceallraí trí chinéitic dhá imoibriú leathchille a mhéadú méid na ceallraí a laghdú agus mar sin costas a laghdú.Dá bhrí sin, tá gá le haistriú leictreon tapa chuig an dromchla leictreoid, ag brath ar dhearadh, comhdhéanamh agus struchtúr an leictreoid, a chaithfear a uasmhéadú go cúramach.Cé go bhfuil cobhsaíocht mhaith ceimiceach agus leictriceimiceach ag leictreoidí carbóin-bhunaithe agus seoltacht leictreach maith, mura ndéantar cóireáil orthu, beidh a gcinéiticí mall mar gheall ar easpa grúpaí feidhme ocsaigine agus hidreafaileacht7,8.Dá bhrí sin, déantar electrocatalysts éagsúla a chomhcheangal le leictreoidí carbóin, go háirithe nanastruchtúir charbóin agus ocsaídí miotail, chun cinéitic an dá leictreoid a fheabhsú, rud a mhéadaíonn cinéitic na leictreoidí VRFB.
Baineadh úsáid as go leor ábhair charbóin, mar shampla páipéar carbóin9, nanafeadáin charbóin10,11,12,13, nanastruchtúir bunaithe ar graphene14,15,16,17, nanachaibítrí carbóin18 agus daoine eile19,20,21,22,23, seachas an teaghlach fullerene .Inár staidéar roimhe seo ar C76, thugamar tuairisc don chéad uair ar ghníomhaíocht leictrea-chatalaíoch den scoth an fulaireéin seo i dtreo VO2 +/VO2+, i gcomparáid le héadach carbóin teaschóireáilte agus neamhchóireáilte, laghdaíodh an fhriotaíocht aistrithe muirir 99.5% agus 97%24.Tá feidhmíocht chatalaíoch na n-ábhar carbóin don imoibriú VO2+/VO2+ i gcomparáid le C76 léirithe i dTábla S1.Ar an láimh eile, úsáidtear go leor ocsaídí miotail mar CeO225, ZrO226, MoO327, NiO28, SnO229, Cr2O330 agus WO331, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38 mar gheall ar a bhfliuchtacht méadaithe agus a n-ábhar ard ocsaigine.grúpaí.Léiríonn Tábla S2 feidhmíocht chatalaíoch na n-ocsaídí miotail seo san imoibriú VO2+/VO2+.Baineadh úsáid as WO3 i líon suntasach oibreacha mar gheall ar a chostas íseal, ardchobhsaíocht sna meáin aigéadacha, agus ardghníomhaíocht chatalaíoch31,32,33,34,35,36,37,38.Mar sin féin, níor tháinig mórán feabhais ar WO3 ar chinéitic catóide.Chun seoltacht WO3 a fheabhsú, rinneadh tástáil ar éifeacht úsáid ocsaíd tungstain laghdaithe (W18O49) ar ghníomhaíocht leictreoid dhearfach38.Ní dhearnadh tástáil ar ocsaíd tungstain hiodráitithe (HWO) riamh in iarratais VRFB, cé gur léirigh sé gníomhaíocht níos airde in iarratais supercapacitor mar gheall ar idirleathadh cataithe níos tapúla i gcomparáid le WOx39,40 ainhidriúil.Úsáideann an ceallraí sreabhadh redox uile-vanadium tríú glúin leictrilít aigéad measctha comhdhéanta de HCl agus H2SO4 chun feidhmíocht ceallraí a fheabhsú agus tuaslagthacht agus cobhsaíocht na n-ian vanadium sa electrolyte a fheabhsú.Mar sin féin, tá imoibriú éabhlóid clóirín seadánacha ar cheann de na míbhuntáistí a bhaineann leis an tríú glúin, agus mar sin tá roinnt grúpaí taighde tar éis teacht ar bhealaí chun an t-imoibriú meastóireachta clóirín a chosc.
Anseo, rinneadh tástálacha imoibrithe VO2+/VO2+ ar chomhchodanna HWO/C76 a thaisceadh ar leictreoidí éadach carbóin chun cothromaíocht a fháil idir seoltacht leictreach na gcomhábhar agus cinéitic imoibriúcháin redox ar dhromchla an leictreoid agus an sil-leagan clóirín seadánacha á gcur faoi chois.imoibriú (KVR).Rinneadh nanacháithníní ocsaíd tungstain hiodráitithe (HWO) a shintéisiú trí mhodh simplí hidrothermal.Rinneadh turgnaimh i leictrilít aigéad measctha (H2SO4/HCl) chun VRFB (G3) tríú glúin a insamhladh ar mhaithe le háisiúlacht agus chun imscrúdú a dhéanamh ar éifeacht HWO ar imoibriú éabhlóid chlóirín seadánacha42.
hiodráit ocsaíd sulfáit Vanaidiam(IV) (VOSO4, 99.9%, Alfa-Aeser), aigéad sulfarach (H2SO4), aigéad hidreaclórach (HCl), démheitiolformaimíd (DMF, Sigma-Aldrich), fluairíd pholaiviniledéine (PVDF, Sigma-Aldrich), sóidiam Baineadh úsáid as dihydrate ocsaíd tungstain (Na2WO4, 99%, Sigma-Aldrich) agus éadach carbóin hidrofilic ELAT (Fuel Cell Store) sa staidéar seo.
Ullmhaíodh ocsaíd tungstain hiodráitithe (HWO) trí imoibriú hidrothermal inar tuaslagadh 2 g de shalann Na2WO4 i 12 ml de H O go dtí go bhfuarthas tuaslagán gan dath, agus ansin cuireadh 12 ml de 2 M HCl dropwise go dtí fionraí buí éadrom. fuarthas.fionraí.Rinneadh an t-imoibriú hidrothermal in uathchlábh cruach dhosmálta brataithe le Teflon in oigheann ag 180 ºC ar feadh 3 uair an chloig.Bailíodh an t-iarmhar trí scagachán, nite 3 huaire le eatánól agus uisce, triomaíodh é in oigheann ag 70 ° C ar feadh ~ 3 h, agus ansin meilte chun púdar gorm-liath HWO a fháil.
Baineadh úsáid as na leictreoidí éadach carbóin (CCTanna) a fuarthas (neamhchóireáilte) san fhoirm ina bhfuarthas iad nó inar cuireadh cóireáil teasa orthu i bhfoirnéis feadáin ag 450 ° C ar feadh 10 h ag ráta téimh 15 ° C / nóim san aer chun UCC (TCC) cóireáilte a fháil, s Mar an gcéanna le hobair roimhe seo 24. Gearradh UCC agus TCC ina leictreoidí timpeall 1.5 cm ar leithead agus 7 cm ar fad.Ullmhaíodh fionraí C76, HWO, HWO-10% C76, HWO-30% C76 agus HWO-50% C76 trí 20 mg de phúdar ábhar gníomhach agus 10 wt% (~ 2.22 mg) de cheangail PVDF a chur le ~ 1 ml de DMF ullmhaithe i agus sonicated ar feadh 1 uair an chloig aonfhoirmeacht a fheabhsú.Ansin cuireadh 2 mg de chomhchodanna C76, HWO agus HWO-C76 i bhfeidhm ar thart ar 1.5 cm2 de limistéar gníomhach leictreoid UCC.Lódáladh gach catalaíoch ar leictreoidí UCC agus úsáideadh TCC chun críocha comparáide amháin, mar gur léirigh ár gcuid oibre roimhe seo nach bhfuil cóireáil teasa ag teastáil 24 .Baineadh socrú tuiscint amach trí 100 µl den fhionraí (ualach 2 mg) a scuabadh le haghaidh aonfhoirmeacht níos fearr.Ansin triomaíodh na leictreoidí go léir in oigheann thar oíche ag 60°C.Déantar na leictreoidí a thomhas roimh agus tar éis chun luchtú stoc cruinn a chinntiú.D'fhonn limistéar geoiméadrach áirithe (~ 1.5 cm2) a bheith ann agus cosc ​​a chur ar ardú an electrolyte vanadium go dtí na leictreoidí mar gheall ar an éifeacht ribeach, cuireadh sraith tanaí paraifín i bhfeidhm thar an ábhar gníomhach.
Baineadh úsáid as micreascóp leictreon scanadh astaíochtaí allamuigh (FESEM, Zeiss SEM Ultra 60.5 kV) chun deilbhíocht dromchla HWO a urramú.Baineadh úsáid as speictreascópacht X-ghathaithe scaipthe fuinnimh atá feistithe le Feii8SEM (EDX, Zeiss AG) chun eilimintí HWO-50%C76 a mhapáil ar leictreoidí UCC.Baineadh úsáid as micreascóp leictreon tarchurtha ardtaifigh (HR-TEM, JOEL JEM-2100) a fheidhmíonn ag voltas luasghéaraithe 200 kV chun íomhánna ardtaifigh agus fáinní díraonta de cháithníní HWO a fháil.Bain úsáid as na bogearraí Bosca Uirlisí Criostalagrafach (CrysTBox) chun fáinní díraonta HWO a anailísiú ag baint úsáide as an fheidhm ringGUI agus cuir na torthaí i gcomparáid le samhlacha XRD.Socraíodh struchtúr agus graifítiú UCC agus TCC trí dhíraonadh X-gha (XRD) ag ráta scanadh 2.4°/nóiméad ó 5° go 70° le Cu Kα (λ = 1.54060 Å) ag baint úsáide as diffractometer X-ghathach Panalytical.(Samhail 3600).Taispeánann XRD struchtúr criostail agus céimeanna HWO.Baineadh úsáid as bogearraí PANalytical X'Pert HighScore chun buaiceanna HWO a mheaitseáil leis na léarscáileanna ocsaíde tungstain atá ar fáil sa bhunachar sonraí45.Déan comparáid idir na torthaí HWO agus na torthaí TEM.Rinneadh comhdhéanamh ceimiceach agus staid na samplaí HWO a chinneadh le speictreascópacht fótaileictreon X-gha (XPS, ESCALAB 250Xi, ThermoScientific).Baineadh úsáid as na bogearraí CASA-XPS (v 2.3.15) le haghaidh buaic-dí-chinneadh agus anailís sonraí.Rinneadh tomhais speictreascópachta infridhearg trasfhoirmithe Fourier (FTIR, ag baint úsáide as speictriméadar KBr FTIR aicme Perkin Elmer) chun feidhmghrúpaí dromchla HWO agus HWO-50%C76 a chinneadh.Déan comparáid idir na torthaí agus na torthaí XPS.Úsáideadh tomhais uillinn teagmhála (KRUSS DSA25) freisin chun infhliuchtacht na n-leictreoidí a shaintréithe.
Le haghaidh gach tomhais leictriceimiceach, baineadh úsáid as stáisiún oibre Biologic SP 300.Baineadh úsáid as voltaiméadracht chiorclach (CV) agus speictreascópacht impedance leictriceimiceach (EIS) chun staidéar a dhéanamh ar chinéitic leictreoid imoibriú redox VO2 +/VO2+ agus ar éifeacht idirleathadh imoibrí (VOSO4 (VO2+))) ar an ráta imoibrithe.Úsáideann an dá theicneolaíocht cill trí-leictreoid le tiúchan leictrilít de 0.1 M VOSO4 (V4+) tuaslagtha i 1 M H2SO4 + 1 M HCl (aigéad measctha).Déantar na sonraí leictriceimiceach go léir a chuirtear i láthair a cheartú IR.Baineadh úsáid as leictreoid calomel sáithithe (SCE) agus corna platanam (Pt) mar an leictreoid tagartha agus cuntair, faoi seach.Maidir le CV, cuireadh rátaí scanadh (ν) de 5, 20, agus 50 mV/s i bhfeidhm ar fhuinneog poitéinsil (0–1) V i gcomparáid le SCE do VO2+/VO2+, ansin ceartaíodh iad ar an scála SHE chun a bhreacadh (VSCE = 0.242 V i gcoibhneas le FSS).Chun imscrúdú a dhéanamh ar ghníomhaíocht leictreoid a choinneáil, rinneadh athchúrsáil CV ar UCC, TCC, UCC-C76, UCC-HWO agus UCC-HWO-50% C76 ag ν cothrom le 5 mV/s.Le haghaidh tomhais EIS don imoibriú redox VO2+/VO2+, baineadh úsáid as raon minicíochta 0.01-105 Hz agus suaitheadh ​​voltais ciorcaid oscailte (OCV) de 10 mV.Rinneadh gach turgnamh arís 2-3 huaire chun comhsheasmhacht na dtorthaí a chinntiú.Is trí mhodh Nicholson46,47 a fuarthas na tairisigh ráta ilchineálach (k0).
Tá ocsaíd tungstain hiodráitithe (HVO) tar éis a shintéisiú go rathúil leis an modh hidrothermal.Íomhá SEM i bhfíor.Léiríonn 1a go bhfuil an HWO sil-leagtha comhdhéanta de bhraislí nanacháithníní a bhfuil méideanna na gcáithníní acu sa raon 25–50 nm.
Léiríonn patrún díraonta X-gha HWO beanna (001) agus (002) ag ~23.5° agus ~47.5°, faoi seach, ar saintréith iad de chuid neamhstoichiometric WO2.63 (W32O84) (PDF 077–0810, a = 21.4 Å, b = 17.8 Å, c = 3.8 Å, α = β = γ = 90°), a fhreagraíonn dá dath gorm dealraitheach (Fíor 1b)48,49.Tá buaicphointí eile ag thart ar 20.5°, 27.1°, 28.1°, 30.8°, 35.7°, 36.7° agus 52.7° ag (140), (620), (350 ), (720), (740), (560).agus (970) eitleáin díraonta, faoi seach, 49 ortarhombic WO2.63.Songara et al.Bhain 43 úsáid as an modh sintéiseach céanna chun táirge bán a fháil, a cuireadh i leith láithreacht WO3(H2O)0.333.San obair seo, áfach, de bharr coinníollacha éagsúla, fuarthas táirge gorm-liath, rud a léiríonn cómhaireachtáil WO3(H2O)0.333 (PDF 087-1203, a = 7.3 Å, b = 12.5 Å, c = 7.7 ) in Å , α = β = γ = 90°) agus an fhoirm laghdaithe ocsaíd tungstain.Léirigh anailís leathchainníochtúil le bogearraí X'Pert HighScore 26% WO3(H2O)0.333: 74% W32O84.Ós rud é go bhfuil W32O84 comhdhéanta de W6+ agus W4+ (1.67:1 W6+:W4+), tá an t-ábhar measta i W6+ agus W4+ thart ar 72% W6+ agus 28% W4+, faoi seach.Cuireadh íomhánna SEM, speictrim XPS 1 soicind ag an leibhéal núicléas, íomhánna TEM, speictream FTIR agus speictream Raman de cháithníní C76 i láthair inár bpáipéar roimhe seo24.De réir Kawada et al.50,51, léiríonn patrún díraonta X-gha de C76 struchtúr monoclinic FCC tar éis tolúéin a bhaint.
Íomhánna SEM i bhfíor.Léiríonn 2a agus b an sil-leagan rathúil HWO agus HWO-50%C76 ar agus idir snáithíní carbóin leictreoidí UCC.Taispeántar léarscáiliú eiliminteach tungstain, carbóin agus ocsaigine san íomhá SEM i bhFíor 2c i bhfíor.2d–f a thaispeánann go bhfuil an tungstan agus an carbón measctha go haonfhoirmeach (a thaispeánann dáileadh comhchosúil) thar dhromchla an leictreoid agus nach bhfuil an comhchodach sil-leagtha go cothrom.mar gheall ar nádúr an modh deascadh.
Íomhánna SEM de cháithníní HWO taiscthe (a) agus cáithníní HWO-C76 (b).Taispeánann léarscáiliú EDX arna uaslódáil chuig HWO-C76 ag UCC ag baint úsáide as an achar in íomhá (c) dáileadh tungstain (d), carbóin (e), agus ocsaigine (f) sa sampla.
Baineadh úsáid as HR-TEM le haghaidh íomháithe ardmhéadaithe agus faisnéis chriostalagrafach (Fíor 3).Léiríonn an HWO mhoirfeolaíocht na nanóibí mar a thaispeántar i bhFíor 3a agus níos soiléire i bhFíor 3b.Trí an nanocube a fhormhéadú le haghaidh díraonta limistéar roghnaithe, is féidir an struchtúr gríl agus na plánaí díraonta a shásaíonn dlí Bragg a léirshamhlú mar a thaispeántar i bhFíor 3c, ag deimhniú criostalacht an ábhair.Sa inset go Fíor 3c taispeántar an fad d 3.3 Å a fhreagraíonn do na plánaí díraonta (022) agus (620) sna céimeanna WO3(H2O)0.333 agus W32O84, 43, 44, 49, faoi seach.Tá sé seo comhsheasmhach leis an anailís XRD thuas (Fíor 1b) ós rud é go gcomhfhreagraíonn an t-achar plána grátála d (Fíor 3c) don bhuaic XRD is láidre sa sampla HWO.Taispeántar fáinní samplacha freisin i bhfíor.3d, áit a gcomhfhreagraíonn gach fáinne d'eitleán ar leith.Tá na plánaí WO3(H2O)0.333 agus W32O84 daite bán agus gorm, faoi seach, agus taispeántar a mbuanna XRD comhfhreagracha in Fíor 1b freisin.Freagraíonn an chéad fháinne a thaispeántar sa phatrún fáinne leis an gcéad bhuaic marcáilte i bpatrún x-gha an eitleáin díraonta (022) nó (620).Ó (022) go (402) fáinní, fuarthas d-achar 3.30, 3.17, 2.38, 1.93, agus 1.69 Å, atá comhsheasmhach le luachanna XRD de 3.30, 3.17, 2 .45, 1.93 agus 1.66.Å, 44, 45, faoi seach.
(a) Taispeánann íomhá HR-TEM de HWO, (b) íomhá mhéadaithe.Taispeántar íomhánna de na plánaí gríl in (c), agus taispeánann inset (c) íomhá mhéadaithe de na plánaí agus an t-eatramh d 0.33 nm a fhreagraíonn do na plánaí (002) agus (620).(d) Patrún fáinne HWO a thaispeánann na plánaí a bhaineann leis na céimeanna WO3(H2O)0.333 (bán) agus W32O84 (gorm).
Rinneadh anailís XPS chun ceimic dromchla agus staid ocsaídiúcháin tungstain (Fíoracha S1 agus 4) a chinneadh.Taispeántar speictream scanadh leathan-raon XPS an HWO sintéise i bhFíor.S1, rud a léiríonn láithreacht tungstain.Léirítear speictream caolscála XPS de na príomhleibhéil W 4f agus O 1s i bhFíoracha.4a agus b, faoi seach.Tá an speictream W 4f roinnte ina dhá fhithis dhromlaigh a fhreagraíonn d'fhuinneamh ceangailteach an stáit ocsaídiúcháin W. Is le W6+ na beanna W 4f5/2 agus W 4f7/2 ag fuinneamh ceangailteach 37.8 agus 35.6 eV, agus na beanna W Is saintréithe de staid W4+ iad 4f5/2 agus W 4f7/2 ag 36.6 agus 34.9 eV, faoi seach.Deimhníonn láithreacht an staid ocsaídiúcháin (W4+) tuilleadh foirmiú WO2.63 neamh-stoichiiméadrach, agus léiríonn láithreacht W6+ stoichiometric WO3 mar gheall ar WO3(H2O)0.333.Léirigh na sonraí feistithe go raibh na céatadáin adamhach W6+ agus W4+ 85% agus 15%, faoi seach, a bhí sách gar do na luachanna a measadh ó shonraí XRD, i bhfianaise na difríochta idir an dá theicneolaíocht.Soláthraíonn an dá mhodh faisnéis chainníochtúil le cruinneas íseal, go háirithe XRD.Ina theannta sin, déanann an dá mhodh anailís ar chodanna éagsúla den ábhar toisc gur modh mórchóir é XRD agus is modh dromchla é XPS nach bhfuil ach cúpla nanaiméadar ag cur chuige.Roinntear an speictream O 1s ina dhá bhuaic ag 533 (22.2%) agus 530.4 eV (77.8%).Freagraíonn an chéad cheann do OH, agus an dara ceann do bhannaí ocsaigine sa laitís in WO.Tá láithreacht grúpaí feidhme OH comhsheasmhach le hairíonna hiodráitithe HWO.
Rinneadh anailís FTIR freisin ar an dá shampla seo chun láithreacht grúpaí feidhme agus móilíní uisce comhordaithe a scrúdú sa struchtúr HWO hiodráitithe.Léiríonn na torthaí go bhfeiceann sampla HWO-50% C76 agus torthaí FT-IR HWO mar an gcéanna mar gheall ar láithreacht HWO, ach tá difríocht idir déine na buaiceanna mar gheall ar mhéideanna éagsúla an tsampla a úsáidtear le linn ullmhúcháin le haghaidh anailíse (Fíor 5a ).HWO-50% C76 Taispeántar gach buaic fulachta 24 ach amháin buaic an ocsaíd tungstain.mionsonraithe i bhfíor.Léiríonn 5a go léiríonn an dá shampla banda leathan an-láidir ag ~710/cm, curtha i leith creathadh síneadh OWO i struchtúr laitíse HWO, agus gualainn láidir ag ~840/cm, curtha i leith WO.baineann an banna géar ag ~1610/cm le creathadh lúbthachta OH, agus baineann an banna ionsú leathan ag ~3400/cm le creathadh síneadh OH sa ghrúpa hiodrocsaile43.Tá na torthaí seo comhsheasmhach leis an speictream XPS i bhFíor 4b, áit ar féidir leis an ngrúpa feidhme WO suíomhanna gníomhacha a sholáthar don imoibriú VO2+/VO2+.
Anailís FTIR ar HWO agus HWO-50% C76 (a) ag taispeáint feidhmghrúpaí agus tomhais uillinne teagmhála (b, c).
Is féidir leis an ngrúpa OH freisin an t-imoibriú VO2+/VO2+ a chatalú, rud a mhéadaíonn hidreafaileacht an leictreoid, rud a chothaíonn rátaí idirleata agus aistrithe leictreon.Léiríonn an sampla HWO-50% C76 buaic bhreise C76 mar a léirítear san fhigiúr.Is féidir na beanna ag ~2905, 2375, 1705, 1607, agus 1445 cm3 a shannadh do chreathadh síneadh CH, O=C=O, C=O, C=C, agus CO, faoi seach.Is eol go maith gur féidir leis na feidhmghrúpaí ocsaigine C=O agus CO feidhmiú mar lárionaid ghníomhacha d'imoibrithe ocsaí vanadium.Chun fliuchtacht an dá leictreoid a thástáil agus a chur i gcomparáid, baineadh úsáid as tomhais uillinne teagmhála mar a thaispeántar i bhFíor 5b, c.Déanann an leictreoid HWO braoiníní uisce a ionsú láithreach, rud a léiríonn superhydrophilicity mar gheall ar na grúpaí feidhmiúla OH atá ar fáil.Tá HWO-50% C76 níos hidreafóbach, le uillinn teagmhála de thart ar 135 ° tar éis 10 soicind.Mar sin féin, i dtomhais leictriceimiceach, fliuchadh an leictreoid HWO-50% C76 go hiomlán i níos lú ná nóiméad.Tá na tomhais fliuchta comhsheasmhach le torthaí XPS agus FTIR, rud a thugann le tuiscint go ndéanann níos mó grúpaí OH ar dhromchla HWO go bhfuil sé sách níos hidreafail.
Tástáladh imoibrithe VO2+/VO2+ de nanach-chomhchodanna HWO agus HWO-C76 agus bhíothas ag súil go gcuirfeadh HWO bac ar éabhlóid an gháis chlóirín a tharlaíonn le linn imoibrithe VO2+/VO2+ in aigéid mheasctha, agus go ndéanfadh C76 catalú breise ar an VO2+/ VO2+ atá ag teastáil.Cuireadh fionraí HWO ina raibh 10%, 30% agus 50% C76 i bhfeidhm ar leictreoidí UCC a raibh ualach iomlán de thart ar 2 mg/cm2 orthu.
Mar a thaispeántar i bhfíor.6, scrúdaíodh cinéitic an imoibrithe VO2 +/VO2+ ar an dromchla leictreoid ag baint úsáide as CV i leictrilítí aigéadacha measctha.Taispeántar sruthanna mar I/Ipa chun comparáid idir ΔEp agus Ipa/IPc a éascú.Faightear catalaíoch éagsúla go díreach ón bhfigiúr.Taispeántar sonraí an aonaid achair reatha i bhFíor 2S.Ar fig.Léiríonn Fíor 6a go n-ardaíonn HWO beagán ráta aistrithe leictreon an imoibrithe redox VO2+/VO2+ ar dhromchla an leictreoid agus cuireann sé faoi chois imoibriú éabhlóid chlóirín seadánacha.Mar sin féin, méadaíonn C76 an ráta aistrithe leictreon go suntasach agus catalyzes an imoibriú éabhlóid clóirín.Dá bhrí sin, ba cheart go mbeadh an ghníomhaíocht is fearr ag coimpléasc le comhdhéanamh ceart HWO agus C76 agus an cumas is airde chun an t-imoibriú clóirín a chosc.Fuarthas amach, tar éis an t-ábhar C76 a mhéadú, gur tháinig feabhas ar ghníomhaíocht leictriceimiceach an leictreoid, mar is léir ó laghdú ar ΔEp agus méadú ar an gcóimheas Ipa/IPc (Tábla S3).Deimhníodh é seo freisin le luachanna RCT a bhaintear as plota Nyquist i bhFíor 6d (tábla S3), áit a bhfuarthas amach gur laghdaigh luachanna RCT le hábhar méadaithe C76.Tá na torthaí seo comhsheasmhach freisin le staidéar Lee inar fheabhsaigh cur leis an gcarbón mesoporous le WO3 mesoporous cinéitic aistrithe luchta ar VO2+/VO2+35.Tugann sé seo le tuiscint go bhféadfadh imoibriú dearfach a bheith ag brath níos mó ar sheoltacht an leictreoid (C=C banna)18,24,35,36,37.Mar gheall ar an athrú ar an gcéimseata comhordaithe idir [VO(H2O)5]2+ agus [VO2(H2O)4]+, is féidir le C76 freisin an ró-srian freagartha a laghdú trí fhuinneamh fíocháin a laghdú.Mar sin féin, ní fhéadfaidh sé seo a bheith indéanta le leictreoidí HWO.
(a) Iompar timthriallach voltaiméadrach de chomhábhair UCC agus HWO-C76 a bhfuil cóimheasa éagsúla HWO:C76 acu in imoibrithe VO2+/VO2+ in 0.1 M VOSO4/1 M H2SO4 + 1 M HCl leictrilít (ag ν = 5 mV/s).(b) Randles-Sevchik agus (c) modh VO2+/VO2+ Nicholson chun éifeachtúlacht idirleata a mheas agus chun luachanna k0 a fháil (d).
Ní hamháin go raibh HWO-50% C76 ag taispeáint beagnach an ghníomhaíocht leictreatatach céanna le C76 don imoibriú VO2 +/VO2+, ach, níos suimiúla, chuir sé éabhlóid an gháis clóirín faoi chois freisin i gcomparáid le C76, mar a léirítear san fhigiúr.6a, chomh maith leis an leathchiorcal níos lú a thaispeáint i bhfíor.6g (RCT níos ísle).Léirigh C76 Ipa/IPc dealraitheach níos airde ná HWO-50% C76 (Tábla S3), ní mar gheall ar inchúlaitheacht imoibrithe feabhsaithe, ach mar gheall ar fhorluí leis an mbuaic laghdaithe clóirín ag 1.2 V i gcomparáid le SHE.Cuirtear an fheidhmíocht is fearr de HWO-50% C76 i leith an tsineirgíocht idir an C76 ardseoltaí a luchtaítear go diúltach agus ard-fhliuchtacht agus feidhmiúlachtaí catalaíoch W-OH ar HWO.Cé go bhfeabhsóidh níos lú astaíochtaí clóirín éifeachtacht luchtaithe na cille iomlán, méadóidh cinéitic feabhsaithe éifeachtacht an voltas cille iomlán.
De réir chothromóid S1, le haghaidh imoibriú gar-inchúlaithe (aistriú leictreon sách mall) arna rialú ag idirleathadh, braitheann an buaicsruth (IP) ar líon na leictreon (n), achar leictreoid (A), comhéifeacht idirleata (D), líon comhéifeacht aistrithe leictreon (α) agus luas scanadh (ν).Chun staidéar a dhéanamh ar iompar rialaithe idirleata na n-ábhar tástáladh, rinneadh an gaol idir IP agus ν1/2 a bhreacadh agus a thaispeáint i bhFíor 6b.Ós rud é go léiríonn gach ábhar gaol líneach, déantar an t-imoibriú a rialú trí idirleathadh.Ós rud é go bhfuil imoibriú VO2+/VO2+ gar-inchúlaithe, braitheann fána na líne ar chomhéifeacht idirleata agus ar luach α (cothromóid S1).Mar gheall ar an gcomhéifeacht idirleata tairiseach (≈ 4 × 10–6 cm2/s)52, léiríonn an difríocht fána líne go díreach luachanna difriúla α agus mar sin rátaí éagsúla aistrithe leictreon go dtí an dromchla leictreoid, le C76 agus HWO -50 % C76, ag taispeáint na fánaí is géire (an ráta aistrithe leictreoin is airde).
Tá luachanna gar do 1 ag na fánaí Warburg íseal-minicíochta ríofa (W) a thaispeántar i dTábla S3 (Fíor 6d) do gach ábhar, rud a léiríonn idirleathadh foirfe cáithníní redox agus ag deimhniú iompar líneach IP versus ν1/2 le haghaidh CV .tomhais .I gcás HWO-50% C76, imíonn fána Warburg ó aontacht go 1.32, rud a thugann le tuiscint ranníocaíocht ní hamháin ó idirleathadh leath-éigríche imoibreoirí (VO2+), ach freisin b’fhéidir iompar tanaí-chiseal san iompar idirleata de bharr porosity leictreoid.
Chun anailís bhreise a dhéanamh ar inchúlaitheacht (ráta aistrithe leictreon) an imoibrithe redox VO2+/VO2+, úsáideadh modh imoibrithe gar-inchúlaithe Nicholson freisin chun tairiseach an ráta chaighdeánaigh k041.42 a chinneadh.Déantar é seo tríd an bparaiméadar cinéiteach gan toise Ψ a bhreacadh mar fheidhm de ΔEp mar fheidhm ν−1/2 ag baint úsáide as an chothromóid S2.Taispeánann Tábla S4 na luachanna Ψ mar thoradh ar gach ábhar leictreoid.Breac na torthaí (Fíor 6c) le k0 × 104 cm/s a fháil (scríofa in aice le gach sraith agus curtha i láthair i dTábla S4) ag baint úsáide as cothromóid S3 le haghaidh fána gach ceapa.Fuarthas amach go raibh an fána ab airde ag HWO-50% C76 (Fíor 6c) agus mar sin an luach k0 is airde de 2.47 × 10-4 cm/s.Ciallaíonn sé seo go soláthraíonn an leictreoid seo na cinéitic is tapúla i gcomhréir leis na torthaí CV agus EIS i bhFíoracha 6a agus d agus Tábla S3.Ina theannta sin, fuarthas na luachanna k0 freisin ó na ceapacha Nyquist (Fíor 6d) de Chothromóid S4 ag baint úsáide as na luachanna RCT (Tábla S3).Tá achoimre ar na torthaí k0 seo ó EIS i dTábla S4 agus léiríonn siad freisin go léiríonn HWO-50% C76 an ráta aistrithe leictreon is airde mar gheall ar an éifeacht sineirgisteacha.Cé go bhfuil difríocht idir luach k0 mar gheall ar bhunús éagsúil gach modha, taispeánann sé fós an t-ord céanna méide agus taispeánann sé comhsheasmhacht.
Chun na cinéitic den scoth is féidir a bhaint amach a thuiscint go hiomlán, tá sé tábhachtach an t-ábhar leictreoid is fearr a chur i gcomparáid le leictreoidí UCC agus TCC neamhinslithe.Maidir leis an imoibriú VO2 + / VO2 +, léirigh HWO-C76 ní hamháin an ΔEp is ísle agus inchúlaitheacht níos fearr, ach chuir sé faoi chois go suntasach an t-imoibriú éabhlóid clóirín seadánacha i gcomparáid le TCC, mar atá léirithe ag titim suntasach reatha ag 1.45 V i gcomparáid le OHA a fheiceáil (Fíor. 7a).Maidir le cobhsaíocht, ghlacamar leis go bhfuil HWO-50% C76 cobhsaí go fisiciúil toisc go raibh an chatalaíoch measctha le ceanglóra PVDF agus ansin i bhfeidhm ar na leictreoidí éadach carbóin.I gcomparáid le 50 mV do UCC, léirigh HWO-50% C76 buaicathrú 44 mV tar éis 150 timthriall (ráta díghrádaithe 0.29 mV/timthriall) (Fíor 7b).B'fhéidir nach bhfuil difríocht mhór ann, ach tá cinéitic leictreoidí UCC an-mhall agus díghrádaíonn sé le rothaíocht, go háirithe le haghaidh imoibriú droma.Cé go bhfuil inchúlaitheacht TCC i bhfad níos fearr ná mar atá ag UCC, fuarthas amach go raibh buaicathrú mór de 73 mV ag TCC tar éis 150 timthriall, rud a d’fhéadfadh a bheith mar gheall ar an méid mór clóirín a scaoiltear óna dhromchla.Chun a chinntiú go gcloíonn an chatalaíoch go maith leis an dromchla leictreoid.Mar atá le feiceáil ar na leictreoidí go léir a tástáladh, léiríonn fiú iad siúd nach bhfuil catalaíoch tacaithe acu leibhéil éagsúla éagobhsaíocht rothaíochta, rud a thugann le tuiscint gur de bharr díghníomhaithe ábhair de bharr athruithe ceimiceacha seachas scaradh catalaíoch is cúis le hathruithe ar bhuaicscaradh le linn rothaíochta.Chomh maith leis sin, dá ndéanfaí líon mór de cháithníní catalaíoch a dheighilt ón dromchla leictreoid, bheadh ​​méadú suntasach ar bhuaicscaradh (ní hamháin faoi 44 mV) mar thoradh air seo, ós rud é go bhfuil an tsubstráit (UCC) sách neamhghníomhach don VO2+/VO2+. imoibriú redox.
Comparáid idir CV (a) agus cobhsaíocht an imoibrithe ocsdí VO2+/VO2+ (b) den ábhar leictreoid optamach maidir le CCC.Sa leictrilít 0.1 M VOSO4/1 M H2SO4 + 1 M HCl, tá gach CV cothrom le ν = 5 mV/s.
Chun tarraingteacht eacnamaíoch na teicneolaíochta VRFB a mhéadú, tá sé ríthábhachtach cinéitic an imoibrithe vanadium redox a fheabhsú agus a thuiscint chun ard-éifeachtúlacht fuinnimh a bhaint amach.Ullmhaíodh cumaisc HWO-C76 agus rinneadh staidéar ar a n-éifeacht leictrichatalaíoch ar imoibriú VO2+/VO2+.Ba bheag feabhsú cinéiteach a léirigh HWO ach chuir sé faoi chois go suntasach éabhlóid clóirín in leictrilítí aigéadacha measctha.Baineadh úsáid as cóimheasa éagsúla HWO:C76 chun cinéitic leictreoidí atá bunaithe ar HWO a bharrfheabhsú.Is féidir le méadú ar ábhar C76 go HWO feabhas a chur ar chinéitic aistrithe leictreon an imoibrithe VO2 + / VO2+ ar an leictreoid mhodhnaithe, ina measc is é HWO-50% C76 an t-ábhar is fearr toisc go n-íslíonn sé an fhriotaíocht aistrithe muirir agus go gcuireann sé éabhlóid gáis clóirín faoi chois tuilleadh i gcomparáid le C76.agus TCC a scaoileadh.Tharla sé seo mar gheall ar an éifeacht sineirgisteacha idir hibridiú C=C sp2, feidhmghrúpaí OH agus W-OH.Fuarthas go raibh an ráta díghrádaithe HWO-50% C76 0.29mV/timthriall faoi il-timthriall agus tá UCC agus TCC 0.33mV/timthriall agus 0.49mV/timthriall faoi seach, rud a fhágann go bhfuil sé an-cobhsaí i leictrilítí aigéad measctha.Aithníonn na torthaí a cuireadh i láthair ábhair leictreoid ardfheidhmíochta don imoibriú VO2+/VO2+ le cinéitic tapa agus ardchobhsaíocht.Méadóidh sé seo an voltas aschuir, rud a fheabhsóidh éifeachtacht chumhachta an VRFB, rud a laghdóidh costas a thráchtálú sa todhchaí.
Tá na tacair sonraí a úsáideadh agus/nó a ndearnadh anailís orthu sa staidéar reatha ar fáil ó na húdair faoi seach ar iarratas réasúnach.
Luderer G. et al.Cumhacht Gaoithe agus Gréine a Mheas i gCásanna Domhanda Fuinnimh Ísealcharbóin: Réamhrá.Eacnamaíocht Fuinnimh.64, 542–551.https://doi.org/10.1016/j.eneco.2017.03.027 (2017).
Lee, HJ, Park, S. agus Kim, H. Anailís ar an éifeacht atá ag sil-leagan MnO2 ar fheidhmíocht cadhnraí sreafa redox vanadium mangainéise.J. Leictriceimic.sochaí.165(5), A952-A956.https://doi.org/10.1149/2.0881805jes (2018).
Shah, AA, Tangirala, R., Singh, R., Wills, RGA agus Walsh, FK Múnla cealla aonad dinimiciúil le haghaidh ceallraí sreabhadh redox uile-vanadium.J. Leictriceimic.sochaí.158(6), A671.https://doi.org/10.1149/1.3561426 (2011).
Gandomi, YA, Aaron, DS, Zawodzinski, TA, agus Mench, MM Samhail dáilte féideartha in-situ tomhais agus fíoraithe do cheallraí sreafa redox uile-vanadium.J. Leictriceimic.sochaí.163(1), A5188-A5201.https://doi.org/10.1149/2.0211601jes (2016).
Tsushima, S. agus Suzuki, T. Samhaltú agus ionsamhladh ar cheallraí ródhosca vanadium le réimse flosc idirdigiteach chun an struchtúr leictreoid a bharrfheabhsú.J. Leictriceimic.sochaí.167(2), 020553. https://doi.org/10.1149/1945-7111/ab6dd0 (2020).
Sun, B. agus Skillas-Kazakos, M. Modhnú ar Ábhair Leictreoid Ghraifít lena bhFeidhm i gCadhnraí Vanaidiam Redox – I. Cóireáil Teasa.leictriceimic.Gníomhartha 37(7), 1253–1260.https://doi.org/10.1016/0013-4686(92)85064-R (1992).
Liu, T., Li, S., Zhang, H., agus Chen, J. Chun cinn in ábhair leictreoid chun dlús cumhachta a fheabhsú i gcadhnraí sreabhadh vanadium (VFBanna).J. Ceimic Fuinnimh.27(5), 1292–1303.https://doi.org/10.1016/j.jechem.2018.07.003 (2018).
Dúirt Liu, QH et al.Cille sreabhadh redox vanadium ardéifeachtúlachta le cumraíocht leictreoid optamaithe agus roghnú membrane.J. Leictriceimic.sochaí.159(8), A1246-A1252.https://doi.org/10.1149/2.051208jes (2012).
Wei, G., Jia, K., Liu, J., agus Yang, K. Leictreoidí catalaíoch nanafeadáin charbóin ilchodacha le carbóin bhraith tacaíocht d'iarratais ceallraí vanadium redox.J. Soláthar cumhachta.220, 185-192.https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2012.07.081 (2012).
Moon, S., Kwon, BV, Chang, Y., agus Kwon, Y. Éifeacht sulfáit biosmat a thaisceadh ar CNTanna aigéadaithe ar fheidhmíocht cadhnraí sreafa vanadium redox.J. Leictriceimic.sochaí.166(12), A2602.https://doi.org/10.1149/2.1181912jes (2019).
Huang, R.-H.fan.Leictreoidí gníomhacha modhnaithe le nanafeadáin charbóin platanam/ilbhallaí le haghaidh cadhnraí sreafa ocsaí vanadium.J. Leictriceimic.sochaí.159(10), A1579.https://doi.org/10.1149/2.003210jes (2012).
Ach, S. et al.Úsáideann an ceallraí sreafa vanadium redox electrocatalysts atá maisithe le nanaifeadáin charbóin dópáilte nítrigine a dhíorthaítear ó scafaill orgániotalacha.J. Leictriceimic.sochaí.165(7), A1388.https://doi.org/10.1149/2.0621807jes (2018).
Khan, P. et al.Nanabhileoga ocsaíd graphene mar ábhair den scoth atá gníomhach leictriceimiceach do lánúineacha redox VO2+/ agus V2+/V3+ do chadhnraí sreafa ródhoc vanadium.Carbón 49(2), 693–700.https://doi.org/10.1016/j.carbon.2010.10.022 (2011).
Gonzalez, Z. et al.Feidhmíocht leictriceimiceach den scoth maidir le graifít arna mhodhnú le graphene do chadhnraí vanadium redox.J. Soláthar cumhachta.338, 155-162.https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2016.10.069 (2017).
González Z., Vizirianu S., Dinescu G., Blanco S. agus Santamaria R. Scannáin nanowall carbóin mar ábhair leictreoid nanostructured i gcadhnraí sreabhadh vanadium redox.Nanafhuinneamh 1(6), 833–839.https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2012.07.003 (2012).
Opar DO, Nankya R., Lee J., agus Yung H. Bhraith carbóin mesoporous tríthoiseach graphene-mhodhnaithe le haghaidh cadhnraí ardfheidhmíochta vanadium sreafa redox.leictriceimic.Acht 330, 135276. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2019.135276 (2020).