具有高能效（EEs）的高功率密度釩氧化還原液流電池（VRFBs）的開發(fā)對于這種儲能技術的廣泛傳播至關重要。在這項工作中，我們報告了用于VRFB電極的新型分級碳納米材料的生產(chǎn)，該材料對釩氧化還原反應（VO
2+/VO
2+和V
2+/V
3+）具有高催化活性。電極材料是通過在感應耦合射頻反應器中對石墨氈（GFs）進行快速（分鐘級）低壓聯(lián)合氣體等離子體處理來生產(chǎn)的。通過系統(tǒng)地研究純氣體（O
2和N
2）或其組合在不同氣體等離子體壓力下的影響，優(yōu)化了電極以減少其對VRFB氧化還原反應的動力學極化。為了進一步提高電極的催化表面積，在聚合物粘合劑的存在下，通過滲透方法將通過高度可擴展的濕噴磨剝離石墨生產(chǎn)的單層/幾層石墨烯結合到GFs中。根據(jù)質(zhì)子交換膜（Nafion 115或Nafion XL）的厚度，我們優(yōu)化的VRFB配置可以在廣泛的充電/放電電流密度范圍內(nèi)有效運行，表現(xiàn)出高達93.9%、90.8%、88.3% 的能量效率，在25、50、75、100、200 和 300 mA cm
-2下分別為85.6%、77.6%和69.5%。與商業(yè)技術（額外電極成本<100 € m
-2）相比，我們的技術具有成本競爭力，并且顯示出的EEs可與迄今為止報告的高效系統(tǒng)的創(chuàng)紀錄高值相媲美。我們的工作評論了研究改進的等離子體條件或等離子體方法的重要性，以替代先前的報道（例如大氣等離子體），以進一步提高當前VRFB系統(tǒng)的電極性能。
Figure 1. 原始和等離子體處理的GFs的形態(tài)學分析。(a) 原始GFs的SEM圖像；(b) O
2-40 Pa；(c) N
2-40 Pa； (d) O
2:N
2 40 Pa； (e) O
2:N
2 16 Pa； (f) O
2:N
2 4 Pa。圖(d)-(f) 包括兩個不同的放大倍數(shù)。
Figure 2. 原始和等離子體處理的GFs的化學表征。(a) 電極的元素組成。電極中 (b) O和 (c) N的分布。數(shù)據(jù)是根據(jù)XPS光譜（寬掃描、C 1s、O 1s 和 N 1s 光譜）的分析估算
Figure 3. 原始和等離子體處理過的GFs的電化學表征。
Figure 4. 使用Nafion 115作為質(zhì)子交換膜，基于等離子體處理GFs的VRFBs的電化學性能。
Figure 5. GF/石墨烯電極的形態(tài)分析。(a, b) 石墨烯-O
2:N
2-4 Pa 電極的橫截面SEM圖像。
相關研究成果于2021年由意大利理工學院Sebastiano Bellani課題組，發(fā)表在Chem. Mater.（https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.1c00763）上。原文：Graphene-Based Electrodes in a Vanadium Redox Flow Battery Produced by Rapid Low-Pressure Combined Gas Plasma Treatments。
轉自《石墨烯雜志》公眾號
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