304 tube kapilari Nanocomposites Kulingana na Tungsten Oxide/Fullerene kama Electrocatalysts na Vizuizi vya Vimelea VO2+/VO2+ Reaction katika Asidi Mchanganyiko

Asante kwa kutembelea Nature.com.Unatumia toleo la kivinjari lenye uwezo mdogo wa kutumia CSS.Kwa matumizi bora zaidi, tunapendekeza utumie kivinjari kilichosasishwa (au uzime Hali ya Upatanifu katika Internet Explorer).Kwa kuongeza, ili kuhakikisha usaidizi unaoendelea, tunaonyesha tovuti bila mitindo na JavaScript.
Huonyesha jukwa la slaidi tatu kwa wakati mmoja.Tumia vitufe vilivyotangulia na Vifuatavyo ili kupitia slaidi tatu kwa wakati mmoja, au tumia vitufe vya kutelezesha vilivyo mwishoni ili kupitia slaidi tatu kwa wakati mmoja.

Muundo wa Kemikali wa Coil Tube ya Chuma cha pua 304

304 Chuma cha pua Coil Tube ni aina ya aloi ya chromium-nickel austenitic.Kwa mujibu wa Mtengenezaji wa Coil Tube ya Chuma cha pua 304, sehemu kuu ndani yake ni Cr (17% -19%), na Ni (8% -10.5%).Ili kuboresha upinzani wake dhidi ya kutu, kuna kiasi kidogo cha Mn (2%) na Si (0.75%).

Sifa za Mitambo za Chuma cha pua 304 za Coil Tube

Sifa za kiufundi za bomba la coil 304 la chuma cha pua ni kama ifuatavyo.

• Nguvu ya mkazo: ≥515MPa
• Nguvu ya mavuno: ≥205MPa
• Kurefusha: ≥30%

Matumizi na Matumizi ya Chuma cha pua 304 Coil Tube

Gharama ya juu kiasi ya betri za vanadium redox flow (VRFBs) huzuia matumizi yao mengi.Kinetiki za athari za kielektroniki lazima ziboreshwe ili kuongeza msongamano wa nishati na ufanisi wa nishati ya VRFB, na hivyo kupunguza gharama ya kWh ya VRFB.Katika kazi hii, nanoparticles zilizotengenezwa kwa hidrati ya tungsten oksidi (HWO), C76 na C76/HWO, ziliwekwa kwenye elektroni za kitambaa cha kaboni na kujaribiwa kama vichochezi vya kielektroniki kwa majibu ya redoksi ya VO2+/VO2+.Uchanganuzi wa hadubini ya elektroni (FESEM), spektari ya X-ray ya kutawanya nishati (EDX), hadubini ya elektroni ya azimio la juu (HR-TEM), mgawanyiko wa X-ray (XRD), spectroscopy ya X-ray photoelectron (XPS), Fourier ya infrared kubadilisha Spectroscopy ( FTIR) na vipimo vya pembe ya mawasiliano.Imegundulika kuwa kuongeza kwa C76 fullerene kwa HWO kunaweza kuimarisha kinetics ya electrode kwa heshima na mmenyuko wa redox wa VO2+/VO2+ kwa kuongeza conductivity na kutoa vikundi vya kazi vyenye oksijeni kwenye uso wake.Mchanganyiko wa HWO/C76 (50 wt% C76) umethibitika kuwa unaofaa zaidi kwa majibu ya VO2+/VO2+ yenye ΔEp ya 176 mV ikilinganishwa na 365 mV kwa kitambaa cha kaboni ambacho hakijatibiwa (UCC).Kwa kuongeza, mchanganyiko wa HWO/C76 ulionyesha kizuizi kikubwa cha mmenyuko wa mageuzi ya klorini ya vimelea kutokana na vikundi vya kazi vya W-OH.
Shughuli kubwa za kibinadamu na mapinduzi ya haraka ya viwanda yamesababisha mahitaji makubwa ya umeme, ambayo yanaongezeka kwa takriban 3% kwa mwaka1.Kwa miongo kadhaa, kuenea kwa matumizi ya nishati ya kisukuku kama chanzo cha nishati kumesababisha utoaji wa gesi chafuzi, na kusababisha ongezeko la joto duniani, uchafuzi wa maji na hewa, na kutishia mifumo yote ya ikolojia.Kama matokeo, kufikia 2050 sehemu ya nishati safi mbadala na nishati ya jua inakadiriwa kufikia 75% ya jumla ya umeme1.Hata hivyo, wakati uzalishaji wa nishati mbadala unazidi 20% ya jumla ya uzalishaji wa umeme, gridi ya taifa inakuwa imara 1. Uendelezaji wa mifumo bora ya kuhifadhi nishati ni muhimu kwa mpito huu, kwani wanapaswa kuhifadhi ziada ya umeme na usawa wa usambazaji na mahitaji.
Miongoni mwa mifumo yote ya uhifadhi wa nishati kama vile betri mseto za vanadium redox flow2, betri zote za vanadium redox flow (VRFBs) ndizo za kisasa zaidi kutokana na faida zake nyingi3 na huchukuliwa kuwa suluhisho bora zaidi kwa uhifadhi wa nishati wa muda mrefu (~miaka 30).Matumizi ya vyanzo vya nishati mbadala4.Hii ni kutokana na mgawanyiko wa msongamano wa nishati na nishati, majibu ya haraka, maisha marefu na gharama za chini za kila mwaka za $65/kWh ikilinganishwa na $93-140/kWh kwa betri za Li-ion na asidi-asidi na 279-420 USD/kWh.betri za kWh mtawalia 4.
Hata hivyo, biashara yao iliyoenea inaendelea kutatizwa na gharama kubwa za mtaji wa mfumo, hasa kutokana na pakiti za betri4,5.Kwa hivyo, kuboresha utendaji wa betri kwa kuongeza kinetiki za miitikio ya nusu seli kunaweza kupunguza saizi ya betri na hivyo kupunguza gharama.Kwa hiyo, uhamisho wa haraka wa elektroni kwenye uso wa electrode unahitajika, kulingana na muundo, muundo na muundo wa electrode, ambayo lazima iboreshwe kwa uangalifu.Ijapokuwa elektroni zenye msingi wa kaboni zina uimara mzuri wa kemikali na kielektroniki na upitishaji mzuri wa umeme, ikiwa hazijatibiwa, kinetiki zao zitakuwa polepole kwa sababu ya kutokuwepo kwa vikundi vya utendaji wa oksijeni na hidrophilicity7,8.Kwa hiyo, electrocatalysts mbalimbali ni pamoja na electrodes kaboni, hasa nanostructures kaboni na oksidi za chuma, ili kuboresha kinetics ya electrodes zote mbili, na hivyo kuongeza kinetics ya electrodes VRFB.
Nyenzo nyingi za kaboni zimetumika, kama vile karatasi ya kaboni9, nanotubes za kaboni10,11,12,13, nanostructures zenye msingi wa graphene14,15,16,17, carbon nanofibers18 na zingine19,20,21,22,23, isipokuwa familia ya fullerene. .Katika utafiti wetu wa awali kuhusu C76, tuliripoti kwa mara ya kwanza shughuli bora ya kielektroniki ya fullerene hii kuelekea VO2+/VO2+, ikilinganishwa na kitambaa cha kaboni kilichotiwa joto na kisichotibiwa, upinzani wa uhamisho wa malipo ulipunguzwa kwa 99.5% na 97%24.Utendaji wa kichocheo wa nyenzo za kaboni kwa mmenyuko wa VO2+/VO2+ ikilinganishwa na C76 unaonyeshwa katika Jedwali S1.Kwa upande mwingine, oksidi nyingi za chuma kama vile CeO225, ZrO226, MoO327, NiO28, SnO229, Cr2O330 na WO331, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38 hutumiwa kwa sababu ya kuongezeka kwa unyevu na kiwango cha juu cha oksijeni.vikundi.Jedwali S2 linaonyesha utendaji wa kichocheo wa oksidi hizi za chuma katika mmenyuko wa VO2+/VO2+.WO3 imetumika katika idadi kubwa ya kazi kutokana na gharama yake ya chini, utulivu wa juu katika vyombo vya habari vya tindikali, na shughuli za juu za kichocheo31,32,33,34,35,36,37,38.Hata hivyo, WO3 ilionyesha uboreshaji mdogo katika kinetics ya cathode.Ili kuboresha conductivity ya WO3, athari ya kutumia oksidi ya tungsten iliyopunguzwa (W18O49) kwenye shughuli nzuri ya electrode ilijaribiwa38.Oksidi ya tungsten ya hidrojeni (HWO) haijawahi kujaribiwa katika programu za VRFB, ingawa imeonyesha shughuli za juu zaidi katika utumizi wa supercapacitor kutokana na usambaaji wa kasi wa angani ikilinganishwa na WOx39,40 isiyo na maji.Betri ya kizazi cha tatu ya all-vanadium redox hutumia elektroliti ya asidi iliyochanganywa inayojumuisha HCl na H2SO4 kuboresha utendaji wa betri na kuboresha umumunyifu na uthabiti wa ioni za vanadium kwenye elektroliti.Hata hivyo, mmenyuko wa mabadiliko ya klorini ya vimelea imekuwa mojawapo ya hasara za kizazi cha tatu, hivyo kutafuta njia za kukandamiza majibu ya tathmini ya klorini imekuwa kazi ya vikundi kadhaa vya utafiti.
Hapa, majaribio ya majibu ya VO2+/VO2+ yalifanywa kwenye composites za HWO/C76 zilizowekwa kwenye elektrodi za kitambaa cha kaboni ili kupata usawa kati ya upitishaji wa umeme wa viunzi na kinetiki za majibu ya redoksi kwenye uso wa elektrodi huku ikikandamiza uwekaji wa klorini ya vimelea.majibu (KVR).Nanoparticles ya oksidi ya tungsten ya hidrojeni (HWO) iliunganishwa kwa njia rahisi ya hidrothermal.Majaribio yalifanywa katika elektroliti ya asidi iliyochanganywa (H2SO4/HCl) ili kuiga VRFB ya kizazi cha tatu (G3) kwa urahisi na kuchunguza athari ya HWO kwenye mmenyuko wa vimelea wa klorini42.
Vanadium(IV) salfati oksidi hidrati (VOSO4, 99.9%, Alfa-Aeser), asidi ya sulfuriki (H2SO4), asidi hidrokloriki (HCl), dimethylformamide (DMF, Sigma-Aldrich), polyvinylidene floridi (PVDF, Sigma-Aldrich), sodiamu. Tungsten oksidi dihydrate (Na2WO4, 99%, Sigma-Aldrich) na kitambaa cha kaboni haidrofili ELAT (Duka la Seli za Mafuta) zilitumika katika utafiti huu.
Oksidi ya tungsten ya hidrojeni (HWO) ilitayarishwa na mmenyuko wa hidrothermal ambapo 2 g ya chumvi ya Na2WO4 iliyeyushwa katika 12 ml ya HO hadi ufumbuzi usio na rangi ulipopatikana, na kisha 12 ml ya 2 M HCl iliongezwa kwa kushuka hadi kusimamishwa kwa rangi ya njano. ilipatikana.kusimamishwa.Mwitikio wa hidrothermal ulifanywa katika autoclave ya chuma cha pua ya Teflon iliyopakwa katika oveni ifikapo 180 ºC kwa masaa 3.Mabaki yalikusanywa kwa kuchujwa, kuosha mara 3 na ethanol na maji, kukaushwa katika tanuri saa 70 ° C kwa ~ 3 h, na kisha kusagwa ili kupata poda ya bluu-kijivu HWO.
Electrodes za kitambaa cha kaboni (zisizotibiwa) zilizopatikana (CCTs) zilitumiwa kwa namna ambayo zilipatikana au zinakabiliwa na matibabu ya joto katika tanuru ya bomba saa 450 ° C kwa saa 10 kwa kiwango cha joto cha 15 ° C / min katika hewa hadi pata UCC iliyotibiwa (TCC), s Sawa na kazi ya awali 24. UCC na TCC zilikatwa katika elektrodi takriban 1.5 cm kwa upana na 7 cm kwa urefu.Kusimamishwa kwa C76, HWO, HWO-10% C76, HWO-30% C76 na HWO-50% C76 kulitayarishwa kwa kuongeza 20 mg ya poda ya nyenzo hai na 10 wt% (~2.22 mg) ya PVDF binder hadi ~ 1 ml ya DMF tayari ndani na sonicated kwa saa 1 ili kuboresha usawa.Kisha 2 mg ya C76, HWO na HWO-C76 composites zilitumika kwa takriban 1.5 cm2 ya eneo la UCC amilifu electrode.Vichocheo vyote vilipakiwa kwenye elektrodi za UCC na TCC ilitumiwa kwa madhumuni ya kulinganisha pekee, kwani kazi yetu ya awali imeonyesha kuwa matibabu ya joto hayahitajiki 24 .Utatuzi wa hisia ulipatikana kwa kupiga mswaki 100 µl ya kusimamishwa (mzigo 2 mg) kwa usawa zaidi.Kisha elektroni zote zimekaushwa katika oveni kwa joto la 60 ° C.Electrodes hupimwa kabla na baada ya kuhakikisha upakiaji sahihi wa hisa.Ili kuwa na eneo fulani la kijiometri (~ 1.5 cm2) na kuzuia kupanda kwa vanadium electrolyte kwa electrodes kutokana na athari ya capillary, safu nyembamba ya parafini ilitumiwa juu ya nyenzo za kazi.
Hadubini ya elektroni ya kuchanganua utoaji wa hewa chafu (FESEM, Zeiss SEM Ultra 60.5 kV) ilitumika kuchunguza mofolojia ya uso wa HWO.Kielelezo cha X-ray cha kutawanya nishati kilicho na Feii8SEM (EDX, Zeiss AG) kilitumika kuchora vipengele vya HWO-50%C76 kwenye elektrodi za UCC.Hadubini ya elektroni ya msongo wa juu (HR-TEM, JOEL JEM-2100) inayofanya kazi kwa kasi ya voltage ya kV 200 ilitumiwa kupata picha za msongo wa juu na pete za diffraction za chembe za HWO.Tumia programu ya Crystallographic Tool Box (CrysTBox) kuchanganua pete za mtengano wa HWO kwa kutumia kitendakazi cha ringGUI na kulinganisha matokeo na miundo ya XRD.Muundo na graphitization ya UCC na TCC iliamuliwa na diffraction ya X-ray (XRD) kwa kiwango cha skanisho cha 2.4°/min kutoka 5° hadi 70° na Cu Kα (λ = 1.54060 Å) kwa kutumia Panalytical X-ray diffractometer.(Mfano 3600).XRD inaonyesha muundo wa fuwele na awamu za HWO.Programu ya PANalytical X'Pert HighScore ilitumika kulinganisha kilele cha HWO na ramani za oksidi ya tungsten zinazopatikana kwenye hifadhidata45.Linganisha matokeo ya HWO na matokeo ya TEM.Muundo wa kemikali na hali ya sampuli za HWO ziliamuliwa na spectroscopy ya X-ray photoelectron (XPS, ESCALAB 250Xi, ThermoScientific).Programu ya CASA-XPS (v 2.3.15) ilitumika kwa kilele cha ubadilishaji na uchanganuzi wa data.Vipimo vya skrini ya infrared (FTIR, kwa kutumia darasa la Perkin Elmer KBr FTIR) vilifanywa ili kubaini vikundi vya utendaji vya uso vya HWO na HWO-50%C76.Linganisha matokeo na matokeo ya XPS.Vipimo vya pembe ya mguso (KRUSS DSA25) pia vilitumiwa kubainisha unyevunyevu wa elektrodi.
Kwa vipimo vyote vya electrochemical, kituo cha kazi cha Biologic SP 300 kilitumiwa.Voltammetry ya baisikeli (CV) na uchunguzi wa kipengee cha kielektroniki (EIS) zilitumika kuchunguza kinetiki za elektrodi za mmenyuko wa redoksi wa VO2+/VO2+ na athari ya uenezaji wa vitendanishi (VOSO4 (VO2+)) kwenye kasi ya majibu.Teknolojia zote mbili hutumia seli ya elektrodi tatu yenye ukolezi wa elektroliti ya 0.1 M VOSO4 (V4+) iliyoyeyushwa katika 1 M H2SO4 + 1 M HCl (asidi iliyochanganywa).Data zote za kielektroniki zilizowasilishwa zimesahihishwa.Electrodi iliyojaa ya kalori (SCE) na koili ya platinamu (Pt) zilitumika kama rejeleo na elektrodi ya kaunta, mtawalia.Kwa CV, viwango vya kuchanganua (ν) vya 5, 20, na 50 mV/s vilitumika kwenye dirisha linalowezekana (0–1) V ikilinganishwa na SCE ya VO2+/VO2+, kisha kusahihishwa kwenye mizani ya SHE ili kupanga (VSCE = 0.242 V kuhusiana na HSE) .Ili kuchunguza uhifadhi wa shughuli za electrode, urejeshaji wa CV ulifanyika kwenye UCC, TCC, UCC-C76, UCC-HWO na UCC-HWO-50% C76 kwa ν sawa na 5 mV/s.Kwa vipimo vya EIS vya mmenyuko wa redox wa VO2+/VO2+, masafa ya masafa ya 0.01-105 Hz na usumbufu wa voltage ya mzunguko wa wazi (OCV) wa 10 mV vilitumiwa.Kila jaribio lilirudiwa mara 2-3 ili kuhakikisha uthabiti wa matokeo.Viwango vya viwango tofauti (k0) vilipatikana kwa njia ya Nicholson46,47.
Oksidi ya tungsten ya hidrojeni (HVO) imeundwa kwa ufanisi kwa mbinu ya hidrothermal.Picha ya SEM kwenye Mtini.1a inaonyesha kuwa HWO iliyowekwa ina vishada vya nanoparticles zilizo na ukubwa wa chembe katika safu ya nm 25-50.
Mchoro wa mtengano wa X-ray wa HWO huonyesha kilele (001) na (002) kwa ~23.5° na ~47.5°, mtawalia, ambazo ni sifa ya nonstoichiometric WO2.63 (W32O84) (PDF 077–0810, a = 21.4 Å, b = 17.8 Å, c = 3.8 Å, α = β = γ = 90 °), ambayo inafanana na rangi yake ya bluu inayoonekana (Mchoro 1b) 48,49.Vilele vingine vya takriban 20.5°, 27.1°, 28.1°, 30.8°, 35.7°, 36.7° na 52.7° viko kwenye (140), (620), (350), (720), (740), (560).na (970) diffraction ndege, kwa mtiririko huo, 49 orthorhombic WO2.63.Songara et al.43 ilitumia njia sawa ya synthetic kupata bidhaa nyeupe, ambayo ilihusishwa na uwepo wa WO3(H2O)0.333.Hata hivyo, katika kazi hii, kutokana na hali tofauti, bidhaa ya bluu-kijivu ilipatikana, ikionyesha kuwepo kwa WO3 (H2O) 0.333 (PDF 087-1203, a = 7.3 Å, b = 12.5 Å, c = 7.7) katika Å , α = β = γ = 90 °) na fomu iliyopunguzwa ya oksidi ya tungsten.Uchanganuzi wa nusu kwa kutumia programu ya X'Pert HighScore ulionyesha 26% WO3(H2O)0.333: 74% W32O84.Kwa kuwa W32O84 inajumuisha W6+ na W4+ (1.67:1 W6+:W4+), makadirio ya maudhui ya W6+ na W4+ ni takriban 72% W6+ na 28% W4+, mtawalia.Picha za SEM, mwonekano wa XPS wa sekunde 1 katika kiwango cha kiini, picha za TEM, mwonekano wa FTIR na mwonekano wa Raman wa chembe za C76 ziliwasilishwa katika karatasi yetu iliyotangulia24.Kulingana na Kawada et al.50,51, muundo wa mgawanyiko wa X-ray wa C76 unaonyesha muundo wa kliniki moja wa FCC baada ya kuondolewa kwa toluini.
Picha za SEM kwenye Mtini.2a na b zinaonyesha utuaji uliofaulu wa HWO na HWO-50%C76 juu na kati ya nyuzi za kaboni za elektrodi za UCC.Uchoraji wa msingi wa tungsten, kaboni na oksijeni katika taswira ya SEM kwenye Kielelezo 2c imeonyeshwa kwenye tini.2d–f inayoonyesha kuwa tungsten na kaboni zimechanganyika kwa usawa (inaonyesha mgawanyo sawa) juu ya uso wa elektrodi na kiunga hakijawekwa sawasawa.kwa sababu ya asili ya njia ya mvua.
Picha za SEM za chembechembe za HWO (a) na HWO-C76 (b) zilizowekwa (b).Uchoraji wa ramani wa EDX uliopakiwa kwenye HWO-C76 katika UCC kwa kutumia eneo kwenye picha (c) unaonyesha usambazaji wa tungsten (d), kaboni (e), na oksijeni (f) kwenye sampuli.
HR-TEM ilitumika kwa upigaji picha wa ukuzaji wa hali ya juu na maelezo ya fuwele (Mchoro 3).HWO inaonyesha mofolojia ya nanocube kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 3a na kwa uwazi zaidi katika Mchoro 3b.Kwa kukuza nanocube kwa mgawanyiko wa eneo lililochaguliwa, muundo wa wavu na ndege za mtengano zinazokidhi sheria ya Bragg zinaweza kuonyeshwa kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 3c, kuthibitisha ung'avu wa nyenzo.Katika inset kwa Mtini. 3c inaonyesha umbali d 3.3 Å sambamba na (022) na (620) ndege diffraction katika WO3 (H2O) 0.333 na W32O84, 43, 44, 49 awamu, kwa mtiririko huo.Hii inalingana na uchanganuzi wa hapo juu wa XRD (Mchoro 1b) kwa kuwa umbali wa ndege ya kusaga uliozingatiwa d (Mchoro 3c) unalingana na kilele chenye nguvu zaidi cha XRD katika sampuli ya HWO.Pete za sampuli pia zinaonyeshwa kwenye mtini.3d, ambapo kila pete inalingana na ndege tofauti.Ndege za WO3 (H2O) 0.333 na W32O84 zina rangi nyeupe na bluu, kwa mtiririko huo, na kilele chao cha XRD kinachofanana pia kinaonyeshwa kwenye Mchoro 1b.Pete ya kwanza iliyoonyeshwa katika muundo wa pete inalingana na kilele cha kwanza kilichowekwa alama katika muundo wa eksirei wa ndege ya kutofautisha (022) au (620).Kutoka (022) hadi (402) pete, d-umbali wa 3.30, 3.17, 2.38, 1.93, na 1.69 Å zilipatikana, ambazo zinalingana na maadili ya XRD ya 3.30, 3.17, 2 .45, 1.66 na 1.63.Å, 44, 45, mtawalia.
(a) Picha ya HR-TEM ya HWO, (b) inaonyesha picha iliyopanuliwa.Picha za ndege za grating zinaonyeshwa katika (c), na inset (c) inaonyesha picha iliyopanuliwa ya ndege na muda wa d 0.33 nm sambamba na ndege (002) na (620).(d) Mchoro wa pete wa HWO unaoonyesha ndege zinazohusishwa na awamu za WO3(H2O)0.333 (nyeupe) na W32O84 (bluu).
Uchambuzi wa XPS ulifanyika ili kuamua kemia ya uso na hali ya oxidation ya tungsten (Takwimu S1 na 4).Wigo wa uchunguzi wa upana wa XPS wa HWO iliyounganishwa unaonyeshwa kwenye Mchoro.S1, inayoonyesha uwepo wa tungsten.Mwonekano mwembamba wa XPS wa viwango kuu vya W 4f na O 1s umeonyeshwa kwenye Mtini.4a na b, mtawalia.Wigo wa W 4f umegawanyika katika sehemu mbili za obiti inayozunguka sambamba na nishati inayofunga ya hali ya oksidi W. Vilele vya W 4f5/2 na W 4f7/2 katika nishati za 37.8 na 35.6 eV ni za W6+, na vilele W. 4f5/2 na W 4f7/2 saa 36.6 na 34.9 eV ni tabia ya hali ya W4+, kwa mtiririko huo.Uwepo wa hali ya oxidation (W4 +) inathibitisha zaidi kuundwa kwa WO2.63 isiyo ya stoichiometric, wakati uwepo wa W6 + unaonyesha stoichiometric WO3 kutokana na WO3 (H2O) 0.333.Takwimu zilizowekwa zilionyesha kuwa asilimia ya atomiki ya W6+ na W4+ ilikuwa 85% na 15%, mtawaliwa, ambayo ilikuwa karibu na maadili yaliyokadiriwa kutoka kwa data ya XRD, kwa kuzingatia tofauti kati ya teknolojia hizo mbili.Mbinu zote mbili hutoa maelezo ya kiasi na usahihi wa chini, hasa XRD.Kwa kuongezea, njia hizi mbili huchanganua sehemu tofauti za nyenzo kwa sababu XRD ni njia ya wingi huku XPS ni njia ya uso ambayo inakaribia nanomita chache tu.Wigo wa O 1s umegawanyika katika vilele viwili kwa 533 (22.2%) na 530.4 eV (77.8%).Ya kwanza inalingana na OH, na ya pili kwa vifungo vya oksijeni kwenye kimiani katika WO.Uwepo wa vikundi vya kazi vya OH ni sawa na mali ya uhamishaji wa HWO.
Uchambuzi wa FTIR pia ulifanyika kwenye sampuli hizi mbili ili kuchunguza uwepo wa vikundi vya utendaji na molekuli za maji zilizoratibiwa katika muundo wa HWO uliotiwa maji.Matokeo yanaonyesha kuwa sampuli ya HWO-50% C76 na matokeo ya FT-IR HWO yanaonekana sawa kutokana na kuwepo kwa HWO, lakini ukubwa wa kilele hutofautiana kutokana na kiasi tofauti cha sampuli zinazotumiwa wakati wa maandalizi kwa uchambuzi (Mchoro 5a). )HWO-50% C76 Vilele vyote vya fullerene 24 vinaonyeshwa isipokuwa kilele cha oksidi ya tungsten.Kina katika mtini.5a inaonyesha kuwa sampuli zote mbili zinaonyesha mkanda mpana wenye nguvu sana wa ~ 710/cm, unaohusishwa na mitetemo ya kunyoosha ya OWO katika muundo wa kimiani wa HWO, na bega kali la ~840/cm, linalohusishwa na WO.mkanda mkali wa ~ 1610/cm unahusiana na mtetemo unaopinda wa OH, na mkanda mpana wa kunyonya kwa ~3400/cm unahusiana na mtetemo wa kunyoosha wa OH katika kikundi cha haidroksili43.Matokeo haya yanawiana na wigo wa XPS kwenye Kielelezo 4b, ambapo kikundi cha utendaji cha WO kinaweza kutoa tovuti amilifu kwa mwitikio wa VO2+/VO2+.
Uchambuzi wa FTIR wa HWO na HWO-50% C76 (a) unaoonyesha vikundi vya utendaji na vipimo vya pembe ya mwasiliani (b, c).
Kundi la OH pia linaweza kuchochea mwitikio wa VO2+/VO2+, na hivyo kuongeza haidrophilicity ya elektrodi, na hivyo kukuza uenezaji na viwango vya uhamisho wa elektroni.Sampuli ya HWO-50% C76 inaonyesha kilele cha ziada cha C76 kama inavyoonyeshwa kwenye takwimu.Vilele vya ~ 2905, 2375, 1705, 1607, na 1445 cm3 vinaweza kupewa mitetemo ya kunyoosha CH, O=C=O, C=O, C=C, na CO, mtawalia.Inajulikana kuwa vikundi vya utendaji kazi wa oksijeni C=O na CO vinaweza kutumika kama vituo amilifu vya athari za redoksi za vanadium.Ili kupima na kulinganisha unyevu wa elektrodi mbili, vipimo vya pembe za mguso vilitumika kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 5b, c.Electrode ya HWO mara moja inachukua matone ya maji, ikionyesha superhydrophilicity kutokana na vikundi vya kazi vya OH vinavyopatikana.HWO-50% C76 ina haidrofobu zaidi, ikiwa na pembe ya mguso ya takriban 135° baada ya sekunde 10.Hata hivyo, katika vipimo vya kielektroniki, elektrodi ya HWO-50% C76 ililowa kabisa kwa chini ya dakika moja.Vipimo vya unyevunyevu vinalingana na matokeo ya XPS na FTIR, na kupendekeza kuwa vikundi vingi vya OH kwenye uso wa HWO hufanya iwe haidrofili zaidi.
Miitikio ya VO2+/VO2+ ya HWO na HWO-C76 nanocomposites ilijaribiwa na ilitarajiwa kuwa HWO ingekandamiza mabadiliko ya gesi ya klorini ambayo hutokea wakati wa miitikio ya VO2+/VO2+ katika asidi mchanganyiko, huku C76 ingechochea zaidi VO2+/ VO2+ inayotakiwa.Kusimamishwa kwa HWO zenye 10%, 30% na 50% C76 zilitumika kwa elektroni za UCC zenye jumla ya mzigo wa takriban 2 mg/cm2.
Kama inavyoonyeshwa kwenye mtini.6, kinetiki ya mmenyuko wa VO2+/VO2+ kwenye uso wa elektrodi ilichunguzwa kwa kutumia CV katika elektroliti zenye asidi mchanganyiko.Mikondo huonyeshwa kama I/Ipa ili kuwezesha ulinganisho wa ΔEp na Ipa/Ipc.Vichocheo mbalimbali hupatikana moja kwa moja kutoka kwa takwimu.Data ya sasa ya kitengo cha eneo imeonyeshwa kwenye Mchoro 2S.Kwenye mtini.Kielelezo 6a kinaonyesha kuwa HWO huongeza kidogo kiwango cha uhamishaji wa elektroni cha mmenyuko wa redoksi wa VO2+/VO2+ kwenye uso wa elektrodi na kukandamiza mmenyuko wa mageuzi ya klorini ya vimelea.Hata hivyo, C76 huongeza kwa kiasi kikubwa kiwango cha uhamisho wa elektroni na kuchochea mmenyuko wa mageuzi ya klorini.Kwa hiyo, tata yenye muundo sahihi wa HWO na C76 inapaswa kuwa na shughuli bora na uwezo wa juu wa kuzuia mmenyuko wa klorini.Ilibainika kuwa baada ya kuongeza maudhui ya C76, shughuli ya electrochemical ya electrode iliboresha, kama inavyothibitishwa na kupungua kwa ΔEp na ongezeko la uwiano wa Ipa / Ipc (Jedwali S3).Hii pia ilithibitishwa na maadili ya RCT iliyotolewa kutoka kwa njama ya Nyquist kwenye Mchoro 6d (meza S3), ambapo ilibainika kuwa maadili ya RCT yalipungua kwa kuongezeka kwa maudhui ya C76.Matokeo haya pia yanalingana na utafiti wa Lee ambapo kuongezwa kwa kaboni ya mesoporous kwa mesoporous WO3 kuliboresha kinetiki za uhamishaji chaji kwenye VO2+/VO2+35.Hii inaonyesha kwamba mmenyuko mzuri unaweza kutegemea zaidi juu ya conductivity ya electrode (C = C bond)18,24,35,36,37.Kutokana na mabadiliko katika jiometri ya uratibu kati ya [VO(H2O)5]2+ na [VO2(H2O)4]+, C76 pia inaweza kupunguza mkazo wa majibu kwa kupunguza nishati ya tishu.Walakini, hii inaweza kuwa haiwezekani kwa elektroni za HWO.
(a) Tabia ya mzunguko wa voltamu ya UCC na HWO-C76 yenye uwiano tofauti wa HWO:C76 katika miitikio ya VO2+/VO2+ katika 0.1 M VOSO4/1 M H2SO4 + 1 M elektroliti HCl (katika ν = 5 mV/s).(b) Randles-Sevchik na (c) Mbinu ya Nicholson VO2+/VO2+ ya kukadiria ufanisi wa usambaaji na kupata thamani za k0 (d).
HWO-50% C76 haikuonyesha tu karibu shughuli ya kielektroniki sawa na C76 kwa majibu ya VO2+/VO2+, lakini, cha kufurahisha zaidi, ilikandamiza zaidi mabadiliko ya gesi ya klorini ikilinganishwa na C76, kama inavyoonyeshwa kwenye takwimu.6a, pamoja na kuonyesha nusuduara ndogo katika mtini.6g (RCT ya chini).C76 ilionyesha Ipa/Ipc ya juu zaidi kuliko HWO-50% C76 (Jedwali S3), si kutokana na urejeshaji wa majibu ulioboreshwa, lakini kutokana na mwingiliano wa kilele cha upunguzaji wa klorini katika 1.2 V ikilinganishwa na SHE.Utendaji bora wa HWO-50% C76 unachangiwa na ushirikiano kati ya C76 yenye chaji hasi na utendakazi wa juu wa unyevunyevu na kichocheo cha W-OH kwenye HWO.Ingawa utoaji wa klorini kidogo utaboresha ufanisi wa kuchaji wa seli kamili, kinetiki zilizoboreshwa zitaongeza ufanisi wa volti kamili ya seli.
Kulingana na equation S1, kwa mwitikio unaoweza kugeuzwa (uhamisho wa polepole wa elektroni) unaodhibitiwa na usambaaji, kiwango cha juu cha sasa (IP) hutegemea idadi ya elektroni (n), eneo la elektrodi (A), mgawo wa usambaaji (D), nambari. ya mgawo wa uhamisho wa elektroni (α) na kasi ya kutambaza (ν).Ili kusoma tabia iliyodhibitiwa ya uenezaji wa nyenzo zilizojaribiwa, uhusiano kati ya IP na ν1/2 ulipangwa na kuonyeshwa kwenye Mchoro 6b.Kwa kuwa nyenzo zote zinaonyesha uhusiano wa mstari, majibu yanadhibitiwa na uenezi.Kwa kuwa mmenyuko wa VO2+/VO2+ unaweza kubadilishwa tena, mteremko wa mstari unategemea mgawo wa usambaaji na thamani ya α (equation S1).Kwa sababu ya mgawo wa utengamano wa mara kwa mara (≈ 4 × 10-6 cm2/s) 52, tofauti katika mteremko wa mstari huonyesha moja kwa moja maadili tofauti ya α na hivyo viwango tofauti vya uhamisho wa elektroni kwenye uso wa electrode, na C76 na HWO -50. % C76, inayoonyesha miteremko mikali zaidi (kiwango cha juu zaidi cha uhamishaji wa elektroni).
Miteremko ya Warburg ya masafa ya chini (W) iliyokokotwa katika Jedwali S3 (Kielelezo 6d) ina thamani karibu na 1 kwa nyenzo zote, inayoonyesha mgawanyiko kamili wa chembe za redox na kuthibitisha tabia ya mstari wa IP dhidi ya ν1/2 kwa CV.vipimo.Kwa HWO-50% C76, mteremko wa Warburg hupotoka kutoka kwa umoja hadi 1.32, ikipendekeza mchango sio tu kutoka kwa uenezaji wa nusu-usio wa vitendanishi (VO2+), lakini pia uwezekano wa tabia ya safu-nyembamba katika tabia ya kueneza kwa sababu ya unene wa elektrodi.
Ili kuchanganua zaidi urejeshaji (kiwango cha uhamishaji wa elektroni) wa mmenyuko wa redoksi wa VO2+/VO2+, mbinu ya majibu ya Nicholson quasi-reversible pia ilitumiwa kubainisha kiwango cha kawaida cha k041.42.Hili linafanywa kwa kupanga kigezo cha kinetiki kisicho na kipimo Ψ kama chaguo la kukokotoa la ΔEp kama chaguo la kukokotoa ν−1/2 kwa kutumia mlinganyo wa S2.Jedwali S4 linaonyesha maadili ya Ψ kwa kila nyenzo ya elektroni.Panga matokeo (Mchoro 6c) ili kupata k0 × 104 cm/s (iliyoandikwa karibu na kila safu na kuwasilishwa katika Jedwali S4) kwa kutumia equation S3 kwa mteremko wa kila ploti.HWO-50% C76 ilionekana kuwa na mteremko wa juu zaidi (Mchoro 6c) na hivyo thamani ya juu ya k0 ya 2.47 × 10-4 cm / s.Hii ina maana kwamba elektrodi hii hutoa kinetiki za haraka zaidi zinazowiana na matokeo ya CV na EIS katika Kielelezo 6a na d na Jedwali S3.Kwa kuongezea, thamani za k0 pia zilipatikana kutoka kwa viwanja vya Nyquist (Mchoro 6d) wa Equation S4 kwa kutumia maadili ya RCT (Jedwali S3).Matokeo haya ya k0 kutoka EIS yamefupishwa katika Jedwali S4 na pia yanaonyesha kuwa HWO-50% C76 inaonyesha kiwango cha juu zaidi cha uhamishaji wa elektroni kutokana na athari ya usawazishaji.Ingawa thamani ya k0 inatofautiana kwa sababu ya asili tofauti ya kila njia, bado inaonyesha mpangilio sawa wa ukubwa na inaonyesha uthabiti.
Ili kuelewa kikamilifu kinetics bora ambazo zinaweza kupatikana, ni muhimu kulinganisha nyenzo bora za electrode na UCC isiyo na maboksi na electrodes ya TCC.Kwa mmenyuko wa VO2+/VO2+, HWO-C76 haikuonyesha tu ΔEp ya chini kabisa na urejeshaji bora zaidi, lakini pia ilikandamiza kwa kiasi kikubwa mmenyuko wa mageuzi ya klorini ya vimelea ikilinganishwa na TCC, kama inavyoonyeshwa na kushuka kwa sasa kwa 1.45 V ikilinganishwa na kuona OHA (Mtini. 7a).Kwa upande wa uthabiti, tulidhani kuwa HWO-50% C76 ni thabiti kimwili kwa sababu kichocheo kilichanganywa na kifunga PVDF na kisha kutumika kwa elektroni za kitambaa cha kaboni.Ikilinganishwa na 50 mV kwa UCC, HWO-50% C76 ilionyesha mabadiliko ya kilele cha 44 mV baada ya mizunguko 150 (kiwango cha uharibifu 0.29 mV / mzunguko) (Mchoro 7b).Inaweza kuwa sio tofauti kubwa, lakini kinetics ya electrodes ya UCC ni polepole sana na huharibika na baiskeli, hasa kwa majibu ya nyuma.Ingawa urejeshaji wa TCC ni bora zaidi kuliko ule wa UCC, TCC ilionekana kuwa na mabadiliko ya kilele cha 73 mV baada ya mizunguko 150, ambayo inaweza kuwa kutokana na kiasi kikubwa cha klorini iliyotolewa kutoka kwenye uso wake.Ili kuhakikisha kwamba kichocheo kinashikamana vizuri na uso wa electrode.Kama inavyoweza kuonekana kwenye elektrodi zote zilizojaribiwa, hata zile zisizo na vichocheo vinavyotumika huonyesha viwango tofauti vya kuyumba kwa baiskeli, na kupendekeza kuwa mabadiliko katika kilele cha utengano wakati wa kuendesha baiskeli yanatokana na kuzimwa kwa nyenzo kwa sababu ya mabadiliko ya kemikali badala ya utengano wa kichocheo.Pia, ikiwa kiasi kikubwa cha chembe za kichocheo kingetenganishwa na uso wa elektrodi, hii ingesababisha ongezeko kubwa la utengano wa kilele (sio tu kwa 44 mV), kwani substrate (UCC) haifanyi kazi kwa VO2+/VO2+ majibu ya redox.
Ulinganisho wa CV (a) na uthabiti wa mmenyuko wa redox VO2+/VO2+ (b) wa nyenzo bora zaidi za elektrodi kwa heshima na CCC.Katika elektroliti 0.1 M VOSO4/1 M H2SO4 + 1 M HCl, CV zote ni sawa na ν = 5 mV/s.
Ili kuongeza mvuto wa kiuchumi wa teknolojia ya VRFB, kuboresha na kuelewa kinetics ya mmenyuko wa vanadium redox ni muhimu ili kufikia ufanisi wa juu wa nishati.Mchanganyiko wa HWO-C76 ulitayarishwa na athari yake ya kielektroniki kwenye mmenyuko wa VO2+/VO2+ ilichunguzwa.HWO ilionyesha uboreshaji mdogo wa kinetic lakini ilikandamiza kwa kiasi kikubwa mabadiliko ya klorini katika elektroliti zenye asidi mchanganyiko.Uwiano mbalimbali wa HWO:C76 ulitumiwa kuboresha zaidi kinetiki za elektrodi zenye msingi wa HWO.Kuongeza maudhui ya C76 hadi HWO kunaweza kuboresha kinetiki za uhamisho wa elektroni za mmenyuko wa VO2+/VO2+ kwenye electrode iliyobadilishwa, kati ya ambayo HWO-50% C76 ni nyenzo bora kwa sababu inapunguza upinzani wa uhamisho wa malipo na kukandamiza zaidi mabadiliko ya gesi ya klorini ikilinganishwa na C76.na TCC zinatolewa.Hii ilitokana na athari ya upatanishi kati ya mseto wa C=C sp2, OH na vikundi vya utendaji vya W-OH.Kiwango cha uharibifu wa HWO-50% C76 kilipatikana kuwa 0.29mV/mzunguko chini ya baiskeli nyingi huku UCC na TCC ni 0.33mV/mzunguko na 0.49mV/mzunguko mtawalia, na kuifanya kuwa thabiti sana katika elektroliti za asidi mchanganyiko.Matokeo yaliyowasilishwa yamefaulu kutambua nyenzo za utendaji wa juu wa elektrodi kwa VO2+/VO2+ kwa kutumia kinetiki za haraka na uthabiti wa hali ya juu.Hii itaongeza voltage ya pato, na hivyo kuboresha ufanisi wa nguvu wa VRFB, na hivyo kupunguza gharama ya biashara yake ya baadaye.
Seti za data zilizotumika na/au kuchambuliwa katika utafiti wa sasa zinapatikana kutoka kwa waandishi husika kwa ombi linalofaa.
Luderer G. et al.Kukadiria Upepo na Nishati ya Jua katika Matukio ya Nishati ya Kaboni Chini Ulimwenguni: Utangulizi.Uchumi wa Nishati.64, 542–551.https://doi.org/10.1016/j.eneco.2017.03.027 (2017).
Lee, HJ, Park, S. na Kim, H. Uchanganuzi wa athari ya uwekaji wa MnO2 kwenye utendakazi wa betri za vanadium manganese redox.J. Electrochemistry.jamii.165(5), A952-A956.https://doi.org/10.1149/2.0881805jes (2018).
Shah, AA, Tangirala, R., Singh, R., Wills, RGA na Walsh, muundo wa seli ya kitengo cha FK Dynamic kwa betri ya all-vanadium redox.J. Electrochemistry.jamii.158(6), A671.https://doi.org/10.1149/1.3561426 (2011).
Gandomi, YA, Aaron, DS, Zawodzinski, TA, na Mench, MM Kielelezo cha uwezo wa kupima usambazaji na uthibitishaji wa in-situ kwa betri ya all-vanadium redox.J. Electrochemistry.jamii.163(1), A5188-A5201.https://doi.org/10.1149/2.0211601jes (2016).
Tsushima, S. na Suzuki, T. Uundaji na uigaji wa betri ya vanadium redox yenye uga uliounganishwa wa dijiti ili kuboresha muundo wa elektrodi.J. Electrochemistry.jamii.167(2), 020553. https://doi.org/10.1149/1945-7111/ab6dd0 (2020).
Sun, B. na Skillas-Kazakos, M. Marekebisho ya Nyenzo za Graphite Electrode kwa Maombi katika Betri za Vanadium Redox - I. Matibabu ya Joto.kemia ya umeme.Acta 37(7), 1253–1260.https://doi.org/10.1016/0013-4686(92)85064-R (1992).
Liu, T., Li, S., Zhang, H., na Chen, J. Maendeleo katika nyenzo za elektrodi ili kuboresha msongamano wa nguvu katika betri za vanadium (VFBs).J. Kemia ya Nishati.27(5), 1292–1303.https://doi.org/10.1016/j.jechem.2018.07.003 (2018).
Liu, QH na wengine.Ufanisi wa juu wa seli ya mtiririko wa vanadium redox na usanidi ulioboreshwa wa elektrodi na uteuzi wa utando.J. Electrochemistry.jamii.159(8), A1246-A1252.https://doi.org/10.1149/2.051208jes (2012).
Wei, G., Jia, K., Liu, J., na Yang, K. elektroni za kichocheo cha kaboni nanotube zenye uwezo wa kuhisi kaboni kwa matumizi ya betri ya vanadium redox.J. Ugavi wa umeme.220, 185-192.https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2012.07.081 (2012).
Mwezi, S., Kwon, BV, Chang, Y., na Kwon, Y. Athari ya salfa ya bismuth iliyowekwa kwenye CNT zilizotiwa tindikali kwenye utendakazi wa betri za vanadium redox.J. Electrochemistry.jamii.166(12), A2602.https://doi.org/10.1149/2.1181912jes (2019).
Huang, R.-H.subiri.Elektrodi amilifu zilizobadilishwa kwa platinamu/nanotube za kaboni zenye kuta nyingi kwa betri za vanadium redox.J. Electrochemistry.jamii.159(10), A1579.https://doi.org/10.1149/2.003210jes (2012).
Lakini, S. et al.Betri ya mtiririko wa vanadium redox hutumia vichochezi vya kielektroniki vilivyopambwa na nanotubes za kaboni zilizo na nitrojeni inayotokana na kiunzi cha organometallic.J. Electrochemistry.jamii.165(7), A1388.https://doi.org/10.1149/2.0621807jes (2018).
Khan, P. et al.Nanosheti za oksidi ya graphene kama nyenzo bora zaidi zinazotumika kwa kemikali za VO2+/ na V2+/V3+ redox kwa betri za vanadium redox.Kaboni 49(2), 693–700.https://doi.org/10.1016/j.carbon.2010.10.022 (2011).
Gonzalez, Z. et al.Utendaji bora wa kielektroniki wa grafiti iliyorekebishwa na graphene iliyohisiwa kwa betri za vanadium redox.J. Ugavi wa umeme.338, 155-162.https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2016.10.069 (2017).
Filamu za González Z., Vizirianu S., Dinescu G., Blanco S. na Santamaria R. Carbon nanowwall kama nyenzo za muundo wa elektrodi katika betri za vanadium redox.Nano Energy 1(6), 833–839.https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2012.07.003 (2012).
Opar DO, Nankya R., Lee J., na Yung H. kaboni ya mesoporous iliyorekebishwa ya graphene yenye sura tatu iliyosikika kwa utendaji wa juu wa betri za vanadium redoksi.kemia ya umeme.Sheria 330, 135276. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2019.135276 (2020).