304 hodi kapilar Nanokonpositeak Tungsteno oxidoa/Fullerenoan oinarritutako VO2+/VO2+ parasitoen erreakzioen elektrokatalizatzaile eta inhibitzaile gisa azido mistoetan

Eskerrik asko Nature.com bisitatzeagatik.CSS laguntza mugatua duen arakatzailearen bertsioa erabiltzen ari zara.Esperientzia onena lortzeko, eguneratutako arakatzailea erabiltzea gomendatzen dugu (edo Internet Explorer-en bateragarritasun modua desgaitzea).Horrez gain, etengabeko laguntza bermatzeko, gunea estilorik eta JavaScript gabe erakusten dugu.
Hiru diapositibako karrusel bat bistaratzen du aldi berean.Erabili Aurrekoa eta Hurrengoa botoiak aldi berean hiru diapositibatik mugitzeko, edo erabili amaierako graduatzaile-botoiak hiru diapositibatik aldi berean mugitzeko.

Altzairu herdoilgaitzezko 304 bobina-hodiaren konposizio kimikoa

304 altzairu herdoilgaitzezko bobina hodia kromo-nikel austenitikoko aleazio mota bat da.Altzairu herdoilgaitzezko 304 bobina-hodiaren fabrikatzailearen arabera, osagai nagusia Cr (% 17-% 19) eta Ni (% 8-% 10,5) da.Korrosioarekiko erresistentzia hobetzeko, Mn (%2) eta Si (%0,75) kantitate txikiak daude.

Altzairu herdoilgaitzezko 304 bobina hodiaren propietate mekanikoak

304 altzairu herdoilgaitzezko bobina hodiaren propietate mekanikoak hauek dira:

• Trakzio erresistentzia: ≥515MPa
• Etekin-indarra: ≥205MPa
• Luzapena: ≥30%

Altzairu herdoilgaitzezko 304 bobina hodiaren aplikazioak eta erabilerak

Banadio erredox-fluxuko baterien (VRFB) kostu nahiko altuek erabilera hedatua mugatzen dute.Erreakzio elektrokimikoen zinetika hobetu behar da VRFBren potentzia-dentsitatea eta eraginkortasun energetikoa handitzeko, eta, horrela, VRFBren kWh-ko kostua murrizteko.Lan honetan, hidrotermikoki sintetizatutako tungsteno oxido hidratatua (HWO) nanopartikulak, C76 eta C76/HWO, karbono-oihalezko elektrodoetan metatu eta VO2+/VO2+ erredox erreakziorako elektrokatalizatzaile gisa probatu ziren.Eremu-igorpenaren eskaneatzeko mikroskopia elektronikoa (FESEM), energia barreiatzeko X izpien espektroskopia (EDX), bereizmen handiko transmisiozko mikroskopia elektronikoa (HR-TEM), X izpien difrakzioa (XRD), X izpien fotoelektroiaren espektroskopia (XPS), Fourier infragorria transformazio-espektroskopia (FTIR) eta kontaktu-angeluaren neurketak.Aurkitu da C76 fullerenoa HWOri gehitzeak elektrodoaren zinetika hobetu dezakeela VO2+/VO2+ erredox erreakzioarekiko eroankortasuna handituz eta bere gainazalean oxigenoa duten talde funtzionalak emanez.HWO/C76 konposatua (% 50 pisuko C76) VO2+/VO2+ erreakziorako egokiena dela frogatu zen 176 mV-ko ΔEp-arekin, tratatu gabeko karbono-oihaletarako (UCC) 365 mV-arekin alderatuta.Horrez gain, HWO/C76 konposatuak kloro parasitoaren bilakaeraren erreakzioaren inhibizio handia erakutsi zuen W-OH talde funtzionalengatik.
Giza jarduera biziak eta industria-iraultza bizkorrak elektrizitate-eskaera geldiezina eragin du, urtean %3 inguru hazten ari dena1.Hamarkadetan zehar, erregai fosilen erabilera hedatuak energia iturri gisa berotegi-efektuko gasen isuriak eragin ditu, beroketa globala, ura eta airearen kutsadura eraginez, ekosistema osoak mehatxatuz.Ondorioz, 2050erako energia berriztagarri garbien eta eguzki-energiaren kuota elektrizitate osoaren % 75era iritsiko dela aurreikusten da1.Hala ere, energia berriztagarrien ekoizpenak elektrizitate-ekoizpen osoaren %20 gainditzen duenean, sare ezegonkor bihurtzen da 1. Energia biltegiratzeko sistema eraginkorren garapena funtsezkoa da trantsizio honetarako, gehiegizko elektrizitatea gorde behar baitute eta eskaintza eta eskaria orekatu behar baitute.
Energia biltegiratzeko sistema guztien artean, hala nola, banadio erredox-fluxuaren bateria hibridoak2, vanadio-erredox-fluxuaren bateria guztiak (VRFB) dira aurreratuenak, abantaila ugariengatik3 eta epe luzerako energia biltegiratzeko irtenbiderik onena (~30 urte) jotzen da.Energia iturri berriztagarrien erabilera4.Potentzia eta energia dentsitatearen bereizketa, erantzun azkarra, bizitza luzea eta 65 $/kWh urteko kostu nahiko baxuak direla eta, 93-140 $/kWh Li-ioi eta berun-azido baterien eta 279-420 USD/kWh-ren aldean./kWh bateriak hurrenez hurren 4.
Hala ere, haien merkaturatze hedatuak sistemaren kapital kostu handi samarrak oztopatzen jarraitzen du, batez ere bateria-paketeen ondorioz4,5.Horrela, bateriaren errendimendua hobetzeak bi zelula erdiko erreakzioren zinetika handituz bateriaren tamaina murriztu dezake eta, beraz, kostua murriztu daiteke.Hori dela eta, elektrodoaren gainazalerako elektroi-transferentzia azkarra behar da, elektrodoaren diseinuaren, konposizioaren eta egituraren arabera, zeina kontu handiz optimizatu behar den.Karbonoan oinarritutako elektrodoek egonkortasun kimiko eta elektrokimiko ona eta eroankortasun elektriko ona izan arren, tratatzen ez badira, haien zinetika motela izango da oxigeno-talde funtzionalik eta hidrofilizitaterik ez dagoelako7,8.Hori dela eta, hainbat elektrokatalizatzaile karbono-elektrodoekin konbinatzen dira, batez ere karbono-nanoegiturak eta metal-oxidoak, bi elektrodoen zinetika hobetzeko eta, horrela, VRFB elektrodoen zinetika handitzeko.
Karbonozko material asko erabili dira, hala nola karbono papera9, karbono nanohodiak10,11,12,13, grafenoan oinarritutako nanoegiturak14,15,16,17, karbono nanozuntzak18 eta beste batzuk19,20,21,22,23, fullerenoen familia izan ezik. .C76ri buruzko gure aurreko ikerketan, fullereno honen jarduera elektrokatalitiko bikainaren berri eman genuen lehen aldiz VO2+/VO2+ aldera, bero-tratatutako eta tratatu gabeko karbono-oihalekin alderatuta, karga transferentziaren erresistentzia %99,5 eta %97 murriztu zen24.VO2+/VO2+ erreakziorako karbono-materialen errendimendu katalitikoa C76rekin alderatuta S1 taulan ageri da.Bestalde, CeO225, ZrO226, MoO327, NiO28, SnO229, Cr2O330 eta WO331, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38 bezalako oxido metaliko asko erabiltzen dira, hezegarritasun handiagoa eta oxigeno-eduki handia dutelako.taldeak.S2 taulak metal oxido hauen errendimendu katalitikoa erakusten du VO2+/VO2+ erreakzioan.WO3 obra kopuru esanguratsuan erabili da, bere kostu baxuagatik, medio azidoetan egonkortasun handiagatik eta jarduera katalitiko handiagatik31,32,33,34,35,36,37,38.Hala ere, WO3-k katodoaren zinetikan hobekuntza txikia izan zuen.WO3-ren eroankortasuna hobetzeko, tungsteno oxido murriztua (W18O49) erabiltzeak elektrodoen jarduera positiboan duen eragina probatu da38.Tungsteno oxido hidratatua (HWO) ez da inoiz probatu VRFB aplikazioetan, nahiz eta superkondentsadoreen aplikazioetan jarduera handiagoa erakutsi duen katioi-difusio azkarragoa dela eta, WOx39,40 anhidroarekin alderatuta.Hirugarren belaunaldiko vanadio erredox-fluxuaren bateriak HCl eta H2SO4z osatutako azido elektrolito mistoa erabiltzen du bateriaren errendimendua hobetzeko eta elektrolitoan vanadio ioien disolbagarritasuna eta egonkortasuna hobetzeko.Hala ere, kloroaren bilakaera-erreakzioa hirugarren belaunaldiaren desabantailetako bat bihurtu da, beraz, kloroaren ebaluazio-erreakzioa ezabatzeko moduak aurkitzea hainbat ikerketa-talderen zeregina bihurtu da.
Hemen, VO2+/VO2+ erreakzio-probak egin ziren karbono-oihalezko elektrodoetan metatutako HWO/C76 konpositeetan, konpositeen eroankortasun elektrikoaren eta elektrodoaren gainazaleko erredox-erreakzioaren zinetikaren arteko oreka aurkitzeko, kloro parasitoaren deposizioa kendu bitartean.erreakzioa (KVR).Tungsteno oxido hidratatua (HWO) nanopartikulak metodo hidrotermal sinple baten bidez sintetizatu ziren.Azido elektrolito misto batean (H2SO4/HCl) esperimentuak egin ziren erosotasunerako hirugarren belaunaldiko VRFB (G3) simulatzeko eta HWOk kloro parasitoaren bilakaeraren erreakzioan duen eragina ikertzeko42.
Vanadio (IV) sulfato oxido hidratoa (VOSO4, % 99,9, Alfa-Aeser), azido sulfurikoa (H2SO4), azido klorhidrikoa (HCl), dimetilformamida (DMF, Sigma-Aldrich), polibinilideno fluoruroa (PVDF, Sigma-Aldrich), sodioa Ikerketa honetan wolframio oxido dihidratoa (Na2WO4, % 99, Sigma-Aldrich) eta karbono-oihal hidrofilikoa ELAT (Fuel Cell Store) erabili dira.
Tungsteno oxido hidratatua (HWO) erreakzio hidrotermal baten bidez prestatu zen, non Na2WO4 gatz 2 g 12 ml HOtan disolbatu ziren kolorerik gabeko disoluzioa lortu arte, eta, ondoren, 2 M HCl 12 ml tantaka gehitu ziren esekidura hori argia lortu arte. lortu zen.esekidura.Erreakzio hidrotermikoa Teflon estalitako altzairu herdoilgaitzezko autoklabe batean egin da labean 180 ºC-tan 3 orduz.Hondakina filtrazio bidez bildu, 3 aldiz garbitu etanolarekin eta urarekin, labean lehortu 70 °C-tan ~ 3 orduz, eta gero ehotzen zen HWO hauts urdin-gris bat lortzeko.
Lortutako (tratatu gabeko) karbono-oihal-elektrodoak (CCT) lortu ziren edo tratamendu termikoa jaso zuten 450 °C-ko labe hodi batean 10 orduz airean 15 °C/min berotzeko abiaduran. lortu tratatutako UCC (TCC), s Aurreko lanaren berdina 24. UCC eta TCC gutxi gorabehera 1,5 cm-ko zabalera eta 7 cm-ko luzera zuten elektrodoetan moztu ziren.C76, HWO, HWO-10% C76, HWO-30% C76 eta HWO-50% C76 suspentsioak 20 mg material aktibo hauts eta PVDF aglutinatzaile % 10 (~ 2,22 mg) ~ 1 ml-ri gehituta prestatu ziren. DMF prestatu eta sonikatu ordubetez uniformetasuna hobetzeko.Ondoren, C76, HWO eta HWO-C76 konpositeen 2 mg aplikatu ziren UCC elektrodo aktiboaren eremuaren 1,5 cm2 gutxi gorabehera.Katalizatzaile guztiak UCC elektrodoetan kargatu ziren eta TCC konparazio helburuetarako soilik erabili zen, gure aurreko lanak erakutsi baitzuen tratamendu termikoa ez dela beharrezkoa 24 .Inpresioaren finkapena suspentsioaren 100 µl eskuilatuz lortu zen (karga 2 mg) uniformetasun handiagoa lortzeko.Ondoren, elektrodo guztiak labean lehortu ziren gau osoan 60 °C-tan.Elektrodoak aurretik eta ondoren neurtzen dira stock karga zehatza ziurtatzeko.Eremu geometriko jakin bat izateko (~1,5 cm2) eta efektu kapilarra dela-eta vanadio elektrolitoa elektrodoetara igotzea saihesteko, parafina geruza fin bat aplikatu zen material aktiboaren gainean.
HWO gainazaleko morfologia behatzeko eremu-igorpen-mikroskopio elektronikoa (FESEM, Zeiss SEM Ultra 60,5 kV) erabili zen.Feii8SEM (EDX, Zeiss AG) energia barreiatzeko X izpien espektroskopia erabili zen UCC elektrodoetako HWO-50%C76 elementuak mapatzeko.Bereizmen handiko transmisio-mikroskopio elektronikoa (HR-TEM, JOEL JEM-2100) 200 kV-ko tentsio azeleratzailean funtzionatzen zuen HWO partikulen bereizmen handiko irudiak eta difrakzio-eraztunak lortzeko erabili zen.Erabili Crystallographic Tool Box (CrysTBox) softwarea HWO difrakzio eraztunak ringGUI funtzioa erabiliz aztertzeko eta emaitzak XRD ereduekin alderatzeko.UCC eta TCCren egitura eta grafitizazioa X izpien difrakzioaren (XRD) 2,4°/min-ko eskaneatu abiaduran 5°-tik 70°-ra Cu Kα (λ = 1,54060 Å) X izpien difraktometro Panalytical baten bidez zehaztu ziren.(3600 eredua).XRD-k HWOren kristalaren egitura eta faseak erakusten ditu.PANalytical X'Pert HighScore softwarea HWO gailurrak datu-basean dauden wolframio oxidoen mapekin lotzeko erabili zen45.Konparatu HWO emaitzak TEM emaitzekin.HWO laginen konposizio kimikoa eta egoera X izpien fotoelektroiaren espektroskopia bidez zehaztu ziren (XPS, ESCALAB 250Xi, ThermoScientific).CASA-XPS softwarea (v 2.3.15) deskonboluzio gailurra eta datuen analisirako erabili zen.Fourier transformatu infragorrien espektroskopia (FTIR, Perkin Elmer klaseko KBr FTIR espektrometroa erabiliz) neurketak egin ziren HWO eta HWO-50%C76 gainazaleko talde funtzionalak zehazteko.Konparatu emaitzak XPS emaitzekin.Kontaktu-angeluaren neurketak (KRUSS DSA25) ere erabili ziren elektrodoen hezegarritasuna ezaugarritzeko.
Neurketa elektrokimiko guztietarako, Biologic SP 300 lan-estazio bat erabili zen.Voltametria ziklikoa (CV) eta inpedantzia elektrokimikoko espektroskopia (EIS) erabili ziren VO2+/VO2+ erredox erreakzioaren elektrodo-zinetika eta erreaktiboen difusioak (VOSO4 (VO2+)) erreakzio abiaduran duen eragina aztertzeko.Bi teknologiek hiru elektrodoko zelula erabiltzen dute 0,1 M VOSO4 (V4+) 1 M H2SO4 + 1 M HCl (azido mistoan) disolbatutako elektrolito-kontzentrazioa duena.Aurkeztutako datu elektrokimiko guztiak IR zuzenduta daude.Kalomelaren elektrodo saturatua (SCE) eta platinozko (Pt) bobina erabili ziren erreferentzia eta kontrakodo gisa, hurrenez hurren.CV-rako, 5, 20 eta 50 mV/s-ko eskaneatu-tasa (ν) leiho potentzial bati (0-1) V aplikatu zitzaion VO2+/VO2+-rako SCErekin alderatuta, eta gero SHE eskalan zuzendu ziren grafikorako (VSCE = 0,242). V HSEri dagokionez) .Elektrodoen jardueraren atxikipena ikertzeko, CV birziklapena egin zen UCC, TCC, UCC-C76, UCC-HWO eta UCC-HWO-50% C76-n ν 5 mV/s-an.VO2+/VO2+ erredox erreakziorako EIS neurketetarako, 0,01-105 Hz-ko maiztasun-tartea eta zirkuitu irekiko tentsioa (OCV) 10 mV-ko perturbazioa erabili dira.Esperimentu bakoitza 2-3 aldiz errepikatu zen emaitzen koherentzia ziurtatzeko.Abiadura-konstante heterogeneoak (k0) Nicholson metodoaren bidez lortu ziren46,47.
Tungsteno oxido hidratatua (HVO) metodo hidrotermalaren bidez arrakastaz sintetizatu da.SEM irudia irudian.1a-k erakusten du metatutako HWO 25-50 nm bitarteko partikulen tamaina duten nanopartikulen multzoek osatzen dutela.
HWOren X izpien difrakzio-ereduak (001) eta (002) gailurrak erakusten ditu ~23,5° eta ~47,5°-tan, hurrenez hurren, WO2.63 (W32O84) ez estekiometrikoaren ezaugarriak (PDF 077–0810, a = 21,4 Å, b = 17,8 Å, c = 3,8 Å, α = β = γ = 90°), itxurazko kolore urdinari dagokiona (1b. irud.)48,49.20,5°, 27,1°, 28,1°, 30,8°, 35,7°, 36,7° eta 52,7°-ko beste gailur batzuk (140), (620), (350), (720), (740), (560) dira.eta (970) difrakzio-planoak, hurrenez hurren, 49 WO2.63 ortorronbiko.Songara et al.43ek metodo sintetiko bera erabili zuten produktu zuri bat lortzeko, eta hori WO3(H2O)0,333 presentziari egotzi zitzaion.Dena den, lan honetan, baldintza desberdinak direla eta, produktu urdin-gris bat lortu da, WO3(H2O)0,333 (PDF 087-1203, a = 7,3 Å, b = 12,5 Å, c = 7,7 ) Å-n elkarbizitza adieraziz. , α = β = γ = 90°) eta wolframio oxidoaren forma murriztua.X'Pert HighScore softwarearekin egindako analisi erdikuantitatiboak WO3(H2O)0,333% 26: W32O84% 74 erakutsi zuen.W32O84 W6+ eta W4+-k (1,67:1 W6+:W4+) osatzen dutenez, W6+ eta W4+-ren eduki estimatua %72 W6+ eta %28 W4+ ingurukoa da, hurrenez hurren.SEM irudiak, 1 segundoko XPS espektroak nukleo mailan, TEM irudiak, FTIR espektroak eta C76 partikulen Raman espektroak aurkeztu ziren gure aurreko dokumentuan24.Kawada et al.50,51 arabera, C76-ren X izpien difrakzio-ereduak FCCren egitura monoklinikoa erakusten du toluenoa kendu ondoren.
SEM irudiak irudian.2a eta b-ek HWO eta HWO-50%C76-ren depositu arrakastatsua erakusten dute UCC elektrodoen karbono-zuntzen gainean eta artean.2c irudiko SEM irudian wolframioaren, karbonoaren eta oxigenoaren mapa elementala ageri da.2d-f 2d-f elektrodoaren gainazalean wolframioa eta karbonoa uniformeki nahasten direla (antzeko banaketa erakutsiz) eta konposatua ez dela uniformeki metatzen.prezipitazio-metodoaren izaera dela eta.
Gordailatutako HWO partikulen (a) eta HWO-C76 partikulen (b) SEM irudiak.UCCn HWO-C76-ra kargatutako EDX mapak (c) irudiko eremua erabiliz, wolframioaren (d), karbonoaren (e) eta oxigenoaren (f) laginaren banaketa erakusten du.
HR-TEM handitze handiko irudietarako eta informazio kristalografikorako erabili zen (3. irudia).HWOk nanokuboaren morfologia erakusten du 3a irudian eta argiago 3b irudian.Hautatutako eremu baten difrakziorako nanokuboa handituz, Bragg-en legea betetzen duten sare-egitura eta difrakzio-planoak ikus daitezke 3c irudian erakusten den moduan, materialaren kristalinotasuna baieztatuz.3c irudiko txertatzean WO3(H2O)0,333 eta W32O84, 43, 44, 49 faseetan (022) eta (620) difrakzio-planoei dagokien d 3,3 Å distantzia erakusten da.Hau bat dator goiko XRD analisiarekin (1b. irudia), ikusitako sare-planoaren distantzia d (3c. irudia) HWO lagineko XRD gailurrik indartsuenari baitagokio.Lagin-eraztunak ere agertzen dira irudian.3d, non eraztun bakoitza plano bereizi bati dagokion.WO3(H2O)0,333 eta W32O84 planoak zuriz eta urdinez margotuta daude, hurrenez hurren, eta dagozkien XRD gailurrak ere erakusten dira 1b irudian.Eraztun-ereduan erakusten den lehen eraztuna (022) edo (620) difrakzio-planoaren x izpien ereduan markatutako lehen gailurrari dagokio.(022) eta (402) eraztunak, 3.30, 3.17, 2.38, 1.93 eta 1.69 Å-ko d-distantziak aurkitu ziren, 3.30, 3.17, 2.45, 1.93 eta 1.66-ko XRD balioekin bat datozenak.Å, 44, 45, hurrenez hurren.
(a) HWOren HR-TEM irudiak, (b) irudi handitua erakusten du.Sare-planoen irudiak (c) ageri dira, eta (c) txertaketak planoen eta (002) eta (620) planoei dagokien d 0,33 nm tartea erakusten du.(d) HWO eraztun eredua WO3(H2O)0,333 (zuria) eta W32O84 (urdina) faseekin lotutako planoak erakusten dituena.
XPS azterketa egin zen wolframioaren gainazaleko kimika eta oxidazio-egoera zehazteko (S1 eta 4. irudiak).Sintetizatutako HWOren XPS eskanearen espektroa irudian ageri da.S1, wolframioaren presentzia adieraziz.W 4f eta O 1s maila nagusien XPS eskaneatutako espektroak irudietan agertzen dira.4a eta b, hurrenez hurren.W 4f espektroa bi spin-orbita bikoitzetan banatzen da, W oxidazio-egoeraren lotura-energiari dagozkionak. W 4f5/2 eta W 4f7/2 gailurrak 37,8 eta 35,6 eV-ko lotura-energietan W6+-ri dagozkio, eta W gailurrak. 4f5/2 eta W 4f7/2 36,6 eta 34,9 eV-tan W4+ egoeraren ezaugarriak dira, hurrenez hurren.Oxidazio-egoeraren (W4+) egoteak WO2.63 ez-estekiometrikoaren eraketa berresten du, eta W6+ egoteak WO3(H2O)0.333 dela eta WO3 estekiometrikoa adierazten du.Egokitutako datuek W6+ eta W4+-ren ehuneko atomikoak % 85 eta % 15 zirela, hurrenez hurren, XRD datuetatik zenbatetsitako balioetatik nahiko hurbil zeuden, bi teknologien arteko aldea ikusita.Bi metodoek zehaztasun gutxiko informazio kuantitatiboa eskaintzen dute, batez ere XRD.Horrez gain, bi metodoek materialaren zati desberdinak aztertzen dituzte, XRD ontziratu gabeko metodoa delako, XPS, eta nanometro gutxi batzuetara soilik hurbiltzen den gainazaleko metodoa da.O 1s espektroa 533 (% 22,2) eta 530,4 eV (% 77,8) bi gailurretan banatzen da.Lehenengoa OHri dagokio, eta bigarrena WOko sareko oxigeno loturei.OH talde funtzionalen presentzia HWOren hidratazio propietateekin bat dator.
Bi lagin horietan FTIR azterketa ere egin zen, HWO egitura hidratatuan talde funtzionalak eta ur-molekula koordinatuak dauden aztertzeko.Emaitzek erakusten dute HWO-50% C76 laginak eta FT-IR HWO emaitzek itxura berdina dutela HWOren presentziagatik, baina gailurren intentsitatea desberdina da analisia prestatzerakoan erabilitako lagin kantitate desberdinengatik (5a. irudia). ).HWO-50% C76 Fullereno 24 gailur guztiak erakusten dira wolframio oxidoaren gailurra izan ezik.irudian zehazten da.5a-k erakusten du bi laginek ~ 710/cm-ko banda zabal oso indartsua erakusten dutela, HWO sarearen egiturako OWO luzatze-bibrazioei egotzita, eta sorbalda sendoa ~ 840/cm-tan, WOri egotzita.~1610/cm-ko banda zorrotza OH-ren tolestura-bibrazioarekin erlazionatuta dago, eta ~3400/cm-ko xurgapen-banda zabala hidroxilo-taldeko OH-ren luzatze-bibrazioarekin43.Emaitza hauek 4b irudiko XPS espektroarekin bat datoz, non WO talde funtzionalak gune aktiboak eman ditzakeen VO2+/VO2+ erreakziorako.
HWO eta HWO-50% C76 (a) FTIR analisia talde funtzionalak eta kontaktu-angeluaren neurketak (b, c) erakutsiz.
OH taldeak VO2+/VO2+ erreakzioa ere kataliza dezake, eta, ondorioz, elektrodoaren hidrofilia areagotuz, difusioa eta elektroi-transferentzia tasak sustatzen ditu.HWO-50% C76 laginak C76 gailur gehigarri bat erakusten du irudian agertzen den moduan.~2905, 2375, 1705, 1607 eta 1445 cm3-ko gailurrak CH, O=C=O, C=O, C=C eta CO luzatze bibrazioei eslei diezazkiekeke, hurrenez hurren.Jakina da C=O eta CO oxigeno talde funtzionalak banadioaren erredox erreakzioetarako zentro aktibo gisa balio dezaketela.Bi elektrodoen hezegarritasuna probatzeko eta alderatzeko, ukipen-angeluaren neurketak erabili ziren 5b, c irudian erakusten den moduan.HWO elektrodoak berehala xurgatzen ditu ur-tantak, erabilgarri dauden OH talde funtzionalengatik superhidrofilia adierazten du.HWO-50% C76 hidrofoboagoa da, 135° inguruko kontaktu-angelua du 10 segundoren buruan.Hala ere, neurketa elektrokimikoetan, HWO-50%C76 elektrodoa erabat busti zen minutu bat baino gutxiagoan.Hezegarritasunaren neurketak XPS eta FTIR emaitzekin bat datoz, HWO gainazalean OH talde gehiagok nahiko hidrofiloago bihurtzen duela iradokitzen du.
HWO eta HWO-C76 nanokonpositeen VO2+/VO2+ erreakzioak probatu ziren eta espero zen HWOk azido mistoetan VO2+/VO2+ erreakzioetan gertatzen den kloro-gasaren bilakaera kenduko zuela, eta C76k nahi den VO2+/VO2+ katalizatuko zuen bitartean.C76 % 10, % 30 eta % 50 duten HWO suspentsioak UCC elektrodoei aplikatu zaizkie, guztira 2 mg/cm2 inguruko kargarekin.
irudian ikusten den bezala.6, elektrodoaren gainazaleko VO2+/VO2+ erreakzioaren zinetika aztertu zen elektrolito azido mistoetan CV erabiliz.Korronteak I/Ipa gisa erakusten dira ΔEp eta Ipa/Ipc konparaketa errazteko.Iruditik zuzenean katalizatzaile ezberdinak lortzen dira.Uneko eremu-unitatearen datuak 2S irudian erakusten dira.irudian.6a irudiak erakusten du HWOk zertxobait handitzen duela elektrodoaren gainazaleko VO2+/VO2+ erredox erreakzioaren elektroi-transferentzia-tasa eta parasitoaren kloroaren bilakaeraren erreakzioa kentzen duela.Hala ere, C76-k elektroien transferentzia-tasa nabarmen handitzen du eta kloroaren bilakaera-erreakzioa katalizatzen du.Horregatik, HWO eta C76-ren konposizio egokia duen konplexu batek jarduerarik onena eta kloro-erreakzioa inhibitzeko gaitasun handiena izan beharko luke.C76 edukia handitu ondoren, elektrodoaren jarduera elektrokimikoa hobetu zela ikusi zen, ΔEp-aren jaitsiera eta Ipa/Ipc erlazioaren igoera (S3 taula).6d irudiko Nyquist lursailetik ateratako RCT balioek ere baieztatu zuten (S3 taula), non aurkitu zen RCT balioak gutxitu egiten zirela C76-ren edukia handituz.Emaitza hauek ere bat datoz Lee-ren ikerketarekin, non karbono mesoporosoa WO3 mesoporosoari gehitzeak karga-transferentziaren zinetika hobetu zuen VO2+/VO2+35ean.Horrek iradokitzen du erreakzio positibo bat elektrodoaren eroankortasunaren (C=C lotura)18,24,35,36,37 gehiago mendekoa izan daitekeela.[VO(H2O)5]2+ eta [VO2(H2O)4]+-ren arteko koordinazio-geometriaren aldaketa dela eta, C76-k erantzunaren gehiegizko tentsioa ere murriztu dezake ehunen energia murriztuz.Hala ere, baliteke hori ezinezkoa izatea HWO elektrodoekin.
(a) UCC eta HWO-C76 konpositeen portaera voltametriko ziklikoa HWO:C76 erlazio desberdinekin VO2+/VO2+ erreakzioetan 0,1 M VOSO4/1 M H2SO4 + 1 M HCl elektrolitoan (ν = 5 mV/s).(b) Randles-Sevchik eta (c) Nicholsonen VO2+/VO2+ metodoa difusioaren eraginkortasuna kalkulatzeko eta k0 balioak lortzeko (d).
HWO-50% C76-k VO2+/VO2+ erreakziorako C76-ren ia elektrokatalitiko jarduera bera izateaz gain, interesgarriagoa dena, kloro-gasaren bilakaera ere kendu zuen C76rekin alderatuta, irudian erakusten den moduan.6a, irudiko zirkuluerdi txikiagoa agertzeaz gain.6g (RCT txikiagoa).C76k HWO-50% C76 baino itxurazko Ipa/Ipc handiagoa erakutsi zuen (S3 taula), ez erreakzioaren itzulgarritasuna hobetuagatik, baizik eta kloroa murrizteko gailurra 1,2 V-tan gainjartzeagatik SHErekin alderatuta.HWO-50% C76-ren errendimendu onena negatiboki kargatutako C76 oso eroalearen eta W-OH-ren hezegarritasun eta funtzionaltasun katalitiko altuen arteko sinergiari dagokio HWOn.Kloro-igorpen gutxiago zelula osoaren karga-eraginkortasuna hobetuko duen arren, zinetika hobeak zelula osoaren tentsioaren eraginkortasuna areagotuko du.
S1 ekuazioaren arabera, difusioaren bidez kontrolatutako erreakzio ia itzulgarri baterako (elektroi transferentzia nahiko motela) baterako, korronte gailurra (IP) elektroi kopuruaren (n), elektrodoaren azalera (A), difusio koefizientearen (D), kopuruaren araberakoa da. elektroien transferentzia-koefizientearen (α) eta eskaneatzeko abiadura (ν).Saiakuntzako materialen difusio kontrolatutako portaera aztertzeko, IP eta ν1/2-ren arteko erlazioa marraztu eta 6b irudian erakutsi zen.Material guztiek erlazio lineala erakusten dutenez, erreakzioa difusioaren bidez kontrolatzen da.VO2+/VO2+ erreakzioa ia itzulgarria denez, zuzenaren malda difusio-koefizientearen eta α-ren balioaren araberakoa da (S1 ekuazioa).Difusio-koefiziente konstantea dela eta (≈ 4 × 10–6 cm2/s)52, lerroaren maldaren diferentziak zuzenean α-ren balio desberdinak adierazten ditu eta, beraz, elektrodoaren gainazalerako elektroi-transferentzia-tasa desberdinak, C76 eta HWO -50-rekin. % C76, maldarik gogorrenak erakusten dituena (elektroien transferentzia-tasarik handiena).
S3 taulan (6d. irudia) ageri diren maiztasun baxuko Warburg mald kalkulatuek 1etik gertuko balioak dituzte material guztientzat, erredox partikulen difusio perfektua adierazten dute eta IP-ren portaera lineala berresten dute CV-rako ν1/2.neurriak .HWO-50% C76rako, Warburg malda batasunetik 1,32ra desbideratzen da, erreaktiboen difusio erdi infinitutik (VO2+) ez ezik, elektrodoen porositatearen ondoriozko difusio portaeran geruza meheko portaera ere iradokitzen du.
VO2+/VO2+ erredox erreakzioaren itzulgarritasuna (elektroi-transferentzia-tasa) gehiago aztertzeko, Nicholson-en erreakzio ia itzulgarria metodoa ere erabili zen k041.42 tasa-konstante estandarra zehazteko.Hau Ψ parametro zinetiko dimentsiogabea ΔEp-ren funtzioan ν−1/2-ren funtzioan S2 ekuazioa erabiliz egiten da.S4 taulak elektrodo-material bakoitzaren ondoriozko Ψ balioak erakusten ditu.Marraztu emaitzak (6c irudia) k0 × 104 cm/s lortzeko (lerro bakoitzaren ondoan idatzita eta S4 taulan aurkeztuta) grafiko bakoitzaren maldarako S3 ekuazioa erabiliz.HWO-50% C76-k malda handiena zuela aurkitu zen (6c. irudia) eta, hortaz, 2,47 × 10-4 cm/s-ko k0 baliorik altuena zuela.Horrek esan nahi du elektrodo honek 6a eta d irudietako eta S3 taulako CV eta EIS emaitzekin bat datorren zinetikarik azkarrena ematen duela.Horrez gain, S4 ekuazioaren k0 balioak Nyquist grafikoetatik (6d. irudia) RCT balioak erabiliz (S3 taula) ere lortu ziren.EISko k0 emaitza hauek S4 taulan laburbiltzen dira eta, gainera, HWO-50% C76-k elektroi-transferentzia-tasarik handiena erakusten du efektu sinergikoari esker.Nahiz eta k0-ren balioa desberdina den metodo bakoitzaren jatorri ezberdina dela eta, oraindik magnitude-ordena bera erakusten du eta koherentzia erakusten du.
Lor daitekeen zinetika bikaina guztiz ulertzeko, garrantzitsua da elektrodoen material optimoa isolatu gabeko UCC eta TCC elektrodoekin alderatzea.VO2+/VO2+ erreakziorako, HWO-C76-k ΔEp txikiena eta itzulgarritasun hobea erakutsi ez ezik, kloro parasitoaren bilakaera erreakzioa nabarmen kendu zuen TCCrekin alderatuta, 1,45 V-ko korronte jaitsiera nabarmen batek OHArekin alderatuta (Irudia. 7a).Egonkortasunari dagokionez, HWO-50% C76 fisikoki egonkorra dela suposatu dugu, katalizatzailea PVDF aglutinatzaile batekin nahastu eta gero karbonozko oihal elektrodoei aplikatu zaielako.UCCrako 50 mV-rekin alderatuta, HWO-50% C76k 44 mV-ko desplazamendu gailurra erakutsi zuen 150 zikloren ondoren (degradazio-tasa 0,29 mV/ziklo) (7b irudia).Agian ez da alde handia izango, baina UCC elektrodoen zinetika oso motela da eta txirrindularitzarekin degradatzen da, batez ere atzerako erreakziorako.TCCren itzulgarritasuna UCCrena baino askoz hobea den arren, TCC-k 73 mV-ko desplazamendu gailur handia duela aurkitu zen 150 zikloren ondoren, eta hori gainazaletik askatzen den kloro kantitate handiaren ondorioz izan daiteke.Katalizatzailea elektrodoaren gainazalean ondo itsasten dela ziurtatzeko.Probatu diren elektrodo guztietan ikus daitekeen bezala, katalizatzaile euskarririk ez dutenek ere ziklo-ezegonkortasun maila desberdinak erakusten dituzte, eta horrek iradokitzen du txirrindularitzan zehar bereizketa gailurraren aldaketak aldaketa kimikoen ondorioz materialaren desaktibazioa dela eta, katalizatuaren bereizketa baino.Era berean, elektrodoaren gainazaletik katalizatzaile-partikula ugari bereiziko balira, horrek gailurraren bereizketa nabarmen handitzea ekarriko luke (ez bakarrik 44 mV), substratua (UCC) nahiko inaktiboa baita VO2+/VO2+-rako. erredox erreakzioa.
CV (a) eta elektrodo-material optimoaren VO2+/VO2+ (b) erredox erreakzioaren egonkortasunaren konparaketa CCC-rekin alderatuta.0,1 M VOSO4/1 M H2SO4 + 1 M HCl elektrolitoan, CV guztiak ν = 5 mV/s berdinak dira.
VRFB teknologiaren erakargarritasun ekonomikoa areagotzeko, banadioaren erredox erreakzioaren zinetika hobetzea eta ulertzea ezinbestekoa da energia eraginkortasun handia lortzeko.HWO-C76 konposatuak prestatu ziren eta VO2+/VO2+ erreakzioan duten eragin elektrokatalitikoa aztertu zen.HWOk hobekuntza zinetiko txikia erakutsi zuen, baina elektrolito azido mistoetan kloroaren bilakaera nabarmen kendu zuen.HWO:C76 ratio desberdinak erabili ziren HWOn oinarritutako elektrodoen zinetika gehiago optimizatzeko.C76-ren edukia HWOra handitzeak VO2+/VO2+ erreakzioaren elektroi-transferentziaren zinetika hobetu dezake aldatutako elektrodoan, eta horien artean HWO-50% C76 da material onena, karga transferentziaren erresistentzia murrizten duelako eta kloro gasaren bilakaera are gehiago murrizten duelako. C76.eta TCC askatzen dira.Hau C=C sp2 hibridazioaren, OH eta W-OH talde funtzionalen arteko efektu sinergikoagatik izan zen.HWO-50% C76-ren degradazio-tasa 0,29 mV/zikloa izan da hainbat ziklotan, UCC eta TCC, berriz, 0,33 mV/ziklo eta 0,49 mV/ziklo, hurrenez hurren, azido elektrolito mistoetan oso egonkorra dela.Aurkeztutako emaitzek ongi identifikatzen dituzte errendimendu handiko elektrodoen materialak VO2+/VO2+ erreakziorako, zinetika azkarra eta egonkortasun handikoa.Honek irteerako tentsioa handituko du, eta, horrela, VRFBaren potentzia-eraginkortasuna hobetuko da, eta, ondorioz, etorkizuneko merkaturatzearen kostua murriztuko da.
Oraingo ikerketan erabilitako eta/edo aztertutako datu-multzoak dagozkien egileengandik eskuragarri daude, arrazoizko eskaera eginda.
Luderer G. et al.Eolikoa eta Eguzki-energia estimatzea Karbono gutxiko energia-eszenategi globaletan: Sarrera.Energiaren Ekonomia.64, 542–551.https://doi.org/10.1016/j.eneco.2017.03.027 (2017).
Lee, HJ, Park, S. eta Kim, H. Banadio manganeso erredox-fluxuko baterien errendimenduan MnO2-ren deposizioaren eraginaren analisia.J. Elektrokimika.gizartea.165(5), A952-A956.https://doi.org/10.1149/2.0881805jes (2018).
Shah, AA, Tangirala, R., Singh, R., Wills, RGA eta Walsh, FK Banadio osoko erredox-fluxuaren bateriarako unitate dinamikoko zelula-eredua.J. Elektrokimika.gizartea.158(6), A671.https://doi.org/10.1149/1.3561426 (2011).
Gandomi, YA, Aaron, DS, Zawodzinski, TA eta Mench, MM Banadio osoko erredox-fluxuaren bateria baten in situ banaketa potentziala neurtzeko eta egiaztatzeko eredua.J. Elektrokimika.gizartea.163(1), A5188-A5201.https://doi.org/10.1149/2.0211601jes (2016).
Tsushima, S. eta Suzuki, T. Elektrodoen egitura optimizatzeko interdigitatuzko fluxu-eremua duen banadio erredox bateria baten modelizazioa eta simulazioa.J. Elektrokimika.gizartea.167(2), 020553. https://doi.org/10.1149/1945-7111/ab6dd0 (2020).
Sun, B. eta Skillas-Kazakos, M. Grafito-elektrodoen materialen aldaketa Vanadium Redox Batteries in Application - I. Heat Treatment.elektrokimika.Acta 37(7), 1253–1260.https://doi.org/10.1016/0013-4686(92)85064-R (1992).
Liu, T., Li, S., Zhang, H. eta Chen, J. Elektrodoen materialetan aurrerapenak banadio-fluxuaren bateriak (VFB) potentzia-dentsitatea hobetzeko.J. Energia Kimika.27(5), 1292–1303.https://doi.org/10.1016/j.jechem.2018.07.003 (2018).
Liu, QH et al.Banadio erredox fluxu-zelula eraginkortasun handiko elektrodoen konfigurazio eta mintz aukeraketa optimizatuarekin.J. Elektrokimika.gizartea.159 (8), A1246-A1252.https://doi.org/10.1149/2.051208jes (2012).
Wei, G., Jia, K., Liu, J. eta Yang, K. Karbonozko nanohodi konposatu katalizatzaile-elektrodoak karbono sentitu euskarria banadio redox bateria aplikazioetarako.J. Elikatze-hornidura.220, 185-192.https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2012.07.081 (2012).
Moon, S., Kwon, BV, Chang, Y. eta Kwon, Y. CNT azidifikatuetan metatutako bismuto sulfatoaren eragina vanadio erredox-fluxuko baterien errendimenduan.J. Elektrokimika.gizartea.166(12), A2602.https://doi.org/10.1149/2.1181912jes (2019).
Huang, R.-H.itxaron.Elektrodo aktiboak platinozko/horma anitzeko karbono nanohodiekin aldatutako banadio erredox-fluxuko baterietarako.J. Elektrokimika.gizartea.159(10), A1579.https://doi.org/10.1149/2.003210jes (2012).
Baina, S. et al.Banadio erredox-fluxuaren bateriak aldamio organometalikoetatik eratorritako nitrogenoz dopatutako karbono nanohodiekin apaindutako elektrokatalizatzaileak erabiltzen ditu.J. Elektrokimika.gizartea.165(7), A1388.https://doi.org/10.1149/2.0621807jes (2018).
Khan, P. et al.Grafeno oxidozko nanoxaflak VO2+/ eta V2+/V3+ redox bikoteentzako elektrokimikoki aktibo diren material bikainak dira vanadio erredox-fluxuko baterietarako.Karbonoa 49 (2), 693–700.https://doi.org/10.1016/j.carbon.2010.10.022 (2011).
Gonzalez, Z. et al.Grafenoarekin eraldatutako grafito-fieltroaren errendimendu elektrokimiko bikaina banadio redox baterietarako.J. Elikatze-hornidura.338, 155-162.https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2016.10.069 (2017).
González Z., Bizirianu S., Dinescu G., Blanco S. eta Santamaria R. Carbon nanowall films as nanostructured electrodo materials in vanadium redox flow batteries.Nano Energia 1(6), 833–839.https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2012.07.003 (2012).
Opar DO, Nankya R., Lee J. eta Yung H. Hiru dimentsioko grafeno bidez eraldatutako karbono mesoporosoa errendimendu handiko vanadio erredox-fluxuko piletarako.elektrokimika.330. Legea, 135276. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2019.135276 (2020).