304 Nanokompozîtên lûleya kapîlar Li ser bingeha Oksîdê Tungstenê/Fullerene wekî Elektrokatalîzator û Inhîbîtorên Reaksiyonên Parazît ên VO2+/VO2+ di Asîdên Têkel de

Spas ji bo serdana Nature.com.Hûn guhertoyek gerokek bi piştgirîya CSS-ya sînorkirî bikar tînin.Ji bo ezmûna çêtirîn, em pêşniyar dikin ku hûn gerokek nûvekirî bikar bînin (an jî Moda Lihevhatinê ya di Internet Explorer de neçalak bikin).Wekî din, ji bo ku piştgirîya domdar misoger bike, em malperê bêyî şêwaz û JavaScript nîşan didin.
Carouselek ji sê slaytan yekcar nîşan dide.Bişkokên Pêşî û Paşê bikar bînin da ku di yek carê de di nav sê slaytan de bigerin, an jî bişkokên sliderê yên li dawiyê bikar bînin da ku di her carê de di sê slaytan de bigerin.

Stainless Steel 304 Coil Tube Pêkhatina Kîmyewî

304 lûleya pêlava zengarnegir celebek alikariya krom-nîkel austenitic e.Li gorî Hilberînerê 304 Coil Tube Stainless Steel, pêkhateya sereke di wê de Cr (17% -19%), û Ni (8% -10.5%) ye.Ji bo ku berxwedana xwe ya li hember korozyonê baştir bike, mîqdarên piçûk Mn (2%) û Si (0,75%) hene.

Stainless Steel 304 Coil Tube Taybetmendiyên Mekanîk

Taybetmendiyên mekanîkî yên 304 lûleya kulika pola zengarnegir wiha ne:

• Hêza kişandinê: ≥515MPa
• Hêza hilberandinê: ≥205MPa
• Dirêjbûn: ≥30%

Serlêdan & Bikaranînên Pola zengarnegir 304 Tubeya Coil

Mesrefa nisbeten bilind a bataryayên herikîna redox vanadium (VRFB) karanîna wan a berbelav sînordar dike.Pêdivî ye ku kînetîkên reaksiyonên elektrokîmyayî werin baştir kirin da ku dakêşana hêz û karbidestiya enerjiyê ya VRFB zêde bibe, bi vî rengî lêçûna kWh ya VRFB kêm bike.Di vê xebatê de, nanoparçeyên oksîdê tungstenê (HWO) yên hîdrotermalî yên sentezkirî, C76 û C76/HWO, li ser elektrodên qumaşê karbonê hatin razandin û ji bo reaksiyona redoxê ya VO2+/VO2+ wekî elektrokatalîzator hatin ceribandin.Mîkroskopiya elektronîk şopandina emîsyona zeviyê (FESEM), spektroskopiya tîrêjê ya belavker a enerjiyê (EDX), mîkroskopiya elektronîkî ya veguheztinê ya bi rezîliya bilind (HR-TEM), perçebûna tîrêjê (XRD), spektroskopiya fotoelektronê ya tîrêjê ya X (XPS), Fourier ya infrared Spectroscopy (FTIR) û pîvandinên goşeya têkiliyê veguherînin.Hat dîtin ku lêzêdekirina C76 fullerene li HWO dikare kînetîka elektrodê bi rêzgirtina reaksiyona redoxê ya VO2 + / VO2+ bi zêdekirina guheztinê û peydakirina komên fonksiyonê yên oksîjenê li ser rûyê wê zêde bike.Kompozîta HWO/C76 (50 wt% C76) ji bo reaksiyona VO2+/VO2+ bi ΔEp 176 mV re li gorî 365 mV ji bo qumaşê karbonê yê nehatî dermankirin (UCC) îsbat kir ku ji bo reaksiyona VO2+/VO2+ ya herî maqûl e.Wekî din, pêkhateya HWO/C76 ji ber komên fonksiyonel ên W-OH astengiyek girîng a reaksiyona pêşkeftina klorê ya parazît nîşan da.
Çalakiya mirovî ya tund û şoreşa pîşesazî ya bilez bûye sedema daxwazek bêserûber ji bo elektrîkê, ku salê bi qasî 3% zêde dibe1.Bi dehsalan e ku berbelavbûna bikaranîna sotemeniyên fosîl wekî çavkaniyek enerjiyê rê li ber belavbûna gazên serayê vedike, dibe sedema germbûna gerdûnî, gemariya av û hewayê, û gef li tevahiya ekosîsteman dixwe.Di encamê de, di sala 2050-an de tê pêşbînîkirin ku para enerjiya paqij a nûjenkirî û enerjiya rojê bigihêje %75ê tevaya elektrîkê1.Lêbelê, dema ku hilberîna enerjiya nûjen ji %20ê hilberîna elektrîkê ya tevayî derbas bike, tora bêîstîqrar dibe 1. Pêşxistina pergalên hilanîna enerjiyê yên bikêr ji bo vê veguheztinê pir girîng e, ji ber ku divê ew elektrîka zêde hilînin û pêşkêşî û daxwazê ​​bikin hevseng.
Di nav hemî pergalên hilanînê yên enerjiyê de mîna pîlên herikîna redox vanadyûmê2, hemî bataryayên herikîna redox vanadium (VRFB) ji ber gelek avantajên xwe3 yên herî pêşkeftî ne û ji bo hilanîna enerjiyê ya demdirêj (~ 30 sal) çareseriya çêtirîn têne hesibandin.Bikaranîna çavkaniyên enerjiyê yên nûjenkirî4.Ev ji ber veqetandina hêz û tîrêjiya enerjiyê, bersivdana bilez, jiyana dirêj û lêçûnên salane yên nisbeten kêm ên 65 $ / kWh li gorî 93-140 $ / kWh ji bo bataryayên Li-ion û asîdê asîdê û 279-420 USD / kWh.Pîlên / kWh bi rêzdarî 4.
Lêbelê, bazirganiya wan a berbelav ji hêla lêçûnên sermayeya pergalê ya bi nisbeten bilind ve, bi giranî ji ber pakêtên bataryayê 4,5, tê asteng kirin.Bi vî rengî, baştirkirina performansa batterê bi zêdekirina kînetîkên du reaksiyonên nîv-hucreyê dikare mezinahiya batterê kêm bike û bi vî rengî lêçûn kêm bike.Ji ber vê yekê, veguheztina bilez a elektronê li ser rûyê elektrodê hewce ye, li gorî sêwiran, pêkhatin û avahiya elektrodê, ku divê bi baldarî were xweşbîn kirin.Her çend elektrodên karbon-based xwedan îstîqrara kîmyewî û elektrokîmyayî ya baş û gerîdeya elektrîkê ya baş bin jî, heke neyê derman kirin, ji ber nebûna komên fonksiyonê yên oksîjenê û hîdrofîlîtîyê, kînetîka wan hêdî dibe7,8.Ji ber vê yekê, elektrokatalîzatorên cihêreng bi elektrodên karbonê, nemaze nanostrukturên karbonê û oksîtên metal têne hev kirin, da ku kînetîka her du elektrodê baştir bikin, bi vî rengî kînetîka elektrodên VRFB zêde bikin.
Gelek materyalên karbonê hatine bikar anîn, wek kaxeza karbon9, nanotubeyên karbonê10,11,12,13, nanostrukturên grafene-based14,15,16,17, nanofiberên karbonê18 û yên din19,20,21,22,23, ji bilî malbata fullerene. .Di lêkolîna meya berê ya li ser C76 de, me cara yekem ragihand ku çalakiya elektrokatalîtîk a hêja ya vê fullerene ber bi VO2+/VO2+ ve, li gorî qumaşê karbonê yê bi germî û netedawîkirî, berxwedana veguheztina barkirinê 99.5% û 97%24 kêm bû.Performansa katalîtîk a materyalên karbonê ji bo reaksiyona VO2+/VO2+ li gorî C76 di Tabloya S1 de tê destnîşan kirin.Ji hêla din ve, gelek oksîtên metal ên wekî CeO225, ZrO226, MoO327, NiO28, SnO229, Cr2O330 û WO331, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38 ji ber zêdebûna şilbûna wan û oxira bilindbûna wan têne bikar anîn.komên.Tabloya S2 di reaksiyona VO2+/VO2+ de performansa katalîtîk a van oksîtên metalê nîşan dide.WO3 ji ber lêçûna wê ya kêm, îstîqrara bilind a di medya asîd de, û çalakiya katalîtîk a bilind31,32,33,34,35,36,37,38 di hejmareke girîng a xebatan de hatî bikar anîn.Lêbelê, WO3 di kînetîka katodê de çêtirbûnek hindik nîşan da.Ji bo baştirkirina rêgirtina WO3, bandora karanîna oksîdê tungstenê (W18O49) kêmkirî li ser çalakiya elektrodê erênî hate ceribandin38.Oksîda tungstenê ya hîdrokirî (HWO) çu carî di serîlêdanên VRFB de nehatiye ceribandin, her çend ew di serîlêdanên superkapacitor de ji ber belavbûna zûtir kation li gorî WOx39,40-a bêhîdro çalakiyek bilindtir nîşan daye.Nifşa sêyem battera herikîna redoksê ya hemî vanadium elektrolîtek acîd a tevlihev a ku ji HCl û H2SO4 pêk tê bikar tîne da ku performansa bateriyê baştir bike û çareserî û aramiya îyonên vanadyûmê di elektrolîtê de baştir bike.Lêbelê, reaksiyona pêşkeftina klorê ya parazît bûye yek ji dezawantajên nifşê sêyemîn, ji ber vê yekê peydakirina rêyên ji bo tepisandina reaksiyona nirxandina klorê bûye peywira çend komên lêkolînê.
Li vir, ceribandinên reaksiyonê yên VO2+/VO2+ li ser pêkhateyên HWO/C76 ên ku li ser elektrodên qumaşê karbonê hatine razandin hatine kirin da ku hevsengiyek di navbera guheztina elektrîkî ya pêkhateyan û kînetîka reaksiyona redoxê ya li ser rûyê elektrodê de were dîtin dema ku depokirina klorê ya parazît tepisandiye.reaksiyonê (KVR).Nanoparçeyên oksîdê tungstenê hîdrokirî (HWO) bi rêbazek hîdrotermal a hêsan hatine sentez kirin.Ceribandin di elektrolîtek asîdê ya tevlihev (H2SO4/HCl) de hatin kirin da ku nifşa sêyemîn VRFB (G3) ji bo rehetiyê simule bike û bandora HWO li ser reaksiyona pêşkeftina klorê ya parazît42 were lêkolîn kirin.
Vanadyum(IV) oksîda sulfate hîdrote (VOSO4, 99,9%, Alfa-Aeser), asîda sulfurîk (H2SO4), asîda hîdrochlorîk (HCl), dimethylformamide (DMF, Sigma-Aldrich), florîd polyvinylidene (PVDF, Sigma-Aldrich), sodyûm Di vê lêkolînê de oksîdê tungstenê (Na2WO4, 99%, Sigma-Aldrich) û qumaşê karbonê hîdrofîlîk ELAT (Fuel Cell Store) hatin bikaranîn.
Oksîda tûngstenê ya hîdrokirî (HWO) bi reaksiyonek hîdrotermîkî hate amadekirin ku tê de 2 g xwê Na2WO4 di 12 ml HO de hate hilweşandin heya ku çareseriyek bêreng hate bidestxistin, û dûv re 12 ml ji HCl 2 M bi dilopek hate zêdekirin heya ku suspensionek zer a sivik. hat bidestxistin.dardekirinî.Reaksiyona hîdrotermîk di otoklavek pola zengarnegir de ku bi teflon hatî pêçandî di firinek 180 ºC de ji bo 3 demjimêran hate kirin.Bermahî bi parzûnê hate komkirin, 3 caran bi etanol û avê hate şûştin, di firneyekê de di 70°C de ji bo ~ 3 demjimêran hate zuwakirin, û dûv re hate rijandin da ku tozek HWO-gewr şîn were bidestxistin.
Elektrodên qumaşê karbonê yên hatine bidestxistin (CCT) di forma ku tê de hatine wergirtin an jî di firna lûleyê ya 450°C de ji bo 10 saetan bi rêjeya germkirinê 15°C/min di hewayê de hatine derman kirin. UCC (TCC) ya dermankirî bistînin, s Wek xebata berê 24. UCC û TCC di nav elektrodên bi firehî 1,5 cm û dirêjiya 7 cm de hatin birîn.Suspensionên C76, HWO, HWO-10% C76, HWO-30% C76 û HWO-50% C76 bi zêdekirina 20 mg toza materyalê çalak û 10 wt% (~ 2,22 mg) PVDF binder li ~ 1 ml hate amadekirin. DMF di nav 1 demjimêran de hate amadekirin û sonic kirin da ku yekrêziyê baştir bike.Dûv re 2 mg ji pêkhateyên C76, HWO û HWO-C76 bi qasî 1.5 cm2 ya qada elektrodê ya çalak a UCC hate sepandin.Hemî katalîzator li elektrodên UCC hatin barkirin û TCC tenê ji bo mebestên berhevdanê hate bikar anîn, ji ber ku xebata me ya berê destnîşan kir ku dermankirina germê ne hewce ye 24 .Bi firçekirina 100 µl ji suspensionê (barkirina 2 mg) ji bo yekrengiya mezintir, rûniştina bandorê hate bidestxistin.Dûv re hemî elektrod bi şev di germahiya 60 ° C de di firinek de hatin hişk kirin.Elektrod berî û paşî têne pîvandin da ku barkirina stokê rast were piştrast kirin.Ji bo ku herêmek geometrîkî (~ 1,5 cm2) hebe û ji ber bandora kapîlarî rê li ber hilbûna elektrolîta vanadyûmê ber bi elektrodê ve bigire, li ser maddeya çalak qatek parafîn a tenik hate danîn.
Ji bo çavdêriya morfolojiya rûxara HWO mîkroskopa elektronîk a şopandina belavkirina zeviyê (FESEM, Zeiss SEM Ultra 60.5 kV) hate bikar anîn.Spektroskopiya tîrêjê ya belavkirina enerjiyê ya ku bi Feii8SEM (EDX, Zeiss AG) ve girêdayî ye, ji bo nexşeya hêmanên HWO-50%C76 li ser elektrodên UCC hate bikar anîn.Mîkroskopek elektronîkî ya veguheztina bilind (HR-TEM, JOEL JEM-2100) ku di voltaja bilezker a 200 kV de dixebitî hate bikar anîn da ku wêneyên rezîliya bilind û zengilên difraksîyonê yên perçeyên HWO bi dest bixe.Nermalava Crystallographic Tool Box (CrysTBox) bikar bînin da ku bi karanîna fonksiyona ringGUI zengilên perçebûna HWO analîz bikin û encaman bi modelên XRD re bidin ber hev.Avakirin û grafîtîzasyona UCC û TCC ji hêla tîrêjê X-tîrêjê (XRD) ve bi rêjeya şopandinê ya 2,4 ° / min ji 5 ° heta 70 ° bi Cu Kα (λ = 1,54060 Å) bi karanîna difraktometreya tîrêjê ya Panalîtîk hate destnîşankirin.(Model 3600).XRD avahiya krîstal û qonaxên HWO nîşan dide.Nermalava PANAlytical X'Pert HighScore hate bikar anîn da ku lûtkeyên HWO bi nexşeyên oksîdê tungstenê yên ku di databasê de peyda dibin re hevber bikin45.Encamên HWO bi encamên TEM re bidin hev.Kompozîsyona kîmyewî û rewşa nimûneyên HWO bi spektroskopiya fotoelektronê ya X-tîrêjê (XPS, ESCALAB 250Xi, ThermoScientific) hate destnîşankirin.Nermalava CASA-XPS (v 2.3.15) ji bo vekêşana pez û analîza daneyê hate bikar anîn.Pîvandinên spektroskopiya infrared a veguherîna Fourier (FTIR, bi karanîna spektrometerek Perkin Elmer class KBr FTIR) hatin kirin da ku komên fonksiyonên rûkal ên HWO û HWO-50%C76 diyar bikin.Encaman bi encamên XPS re berhev bikin.Pîvandinên goşeya pêwendiyê (KRUSS DSA25) jî ji bo destnîşankirina şilbûna elektrodê hatin bikar anîn.
Ji bo hemî pîvandinên elektrokîmyayî, kargehek Biyologic SP 300 hate bikar anîn.Voltammetriya Cyclic (CV) û spektroskopiya impedansê ya elektrokîmyayî (EIS) ji bo lêkolîna kînetîka elektrodê ya reaksiyona redoxê VO2 + / VO2+ û bandora belavbûna reagentê (VOSO4 (VO2+)) li ser rêjeya reaksiyonê hate bikar anîn.Her du teknolojiyên şaneyek sê-elektrodî ya bi giraniya elektrolîtê ya 0,1 M VOSO4 (V4+) ku di 1 M H2SO4 + 1 M HCl (asîda tevlihev) de tê hilweşandin, bikar tînin.Hemî daneyên elektrokîmyayî yên ku têne pêşkêş kirin IR têne rast kirin.Elektrodek calomelê têrbûyî (SCE) û kulmek platîn (Pt) bi rêzê wekî elektrodek referans û dijber hatin bikar anîn.Ji bo CV, rêjeyên şopandinê (ν) yên 5, 20, û 50 mV / s li pencereyek potansiyel (0-1) V li gorî SCE ji bo VO2+/VO2+ hatin sepandin, dûv re li ser pîvana SHE hate rast kirin ku nexşe (VSCE = 0,242). V re têkildar bi HSE) .Ji bo vekolîna ragirtina çalakiya elektrodê, vezîvirandinek CV li ser UCC, TCC, UCC-C76, UCC-HWO û UCC-HWO-50% C76 bi 5 mV/s wekhev pêk hat.Ji bo pîvandinên EIS-ê yên ji bo reaksiyona redoxê VO2+/VO2+, rêzeyek frekansê ya 0,01-105 Hz û tevliheviyek voltaja dorhêla vekirî (OCV) ya 10 mV hate bikar anîn.Her ezmûnek 2-3 caran hate dubare kirin da ku hevgirtina encaman piştrast bike.Rêjeyên heterojen (k0) bi rêbaza Nicholson hatine wergirtin46,47.
Oksîda tungstenê ya hîdrokirî (HVO) bi rêbaza hîdrotermal bi serfirazî hate sentez kirin.Wêneya SEM di hêjîrê de.1a nîşan dide ku HWO-ya razandî ji komikên nanoparçeyên ku mezinahiya wan di navbera 25-50 nm de ne pêk tê.
Nimûneya belavbûna tîrêjê ya HWO lûtkeyên (001) û (002) bi rêzê li ~23.5° û ~47.5° nîşan dide, ku taybetmendiya WO2.63 (W32O84) nestoîkyometrîk in (PDF 077-0810, a = 21.4 Å, a = 21.4 Å,). b = 17,8 Å, c = 3,8 Å, α = β = γ = 90°), ku bi rengê wê yê şîn yê diyar (Hêl. 1b) re têkildar e48,49.Pelên din ên bi qasî 20.5°, 27.1°, 28.1°, 30.8°, 35.7°, 36.7° û 52.7° li (140), (620), (350), (720), (740), (560) ne.û (970) balafirên diffraction, bi rêzê ve, 49 orthorhombic WO2.63.Songara et al.43 heman rêbaza sentetîk bikar anî da ku hilberek spî bistîne, ku ji hebûna WO3 (H2O) 0.333 ve girêdayî bû.Lêbelê, di vê xebatê de, ji ber şert û mercên cûda, hilberek şîn-gewr hat bidestxistin, ku hevjiyana WO3(H2O)0.333 (PDF 087-1203, a = 7.3 Å, b = 12.5 Å, c = 7.7) di Å de nîşan dide. , α = β = γ = 90°) û forma kêmbûyî ya oksîdê tungstenê.Analîza nîvjimarî ya bi nermalava X'Pert HighScore 26% WO3(H2O)0.333: 74% W32O84 nîşan da.Ji ber ku W32O84 ji W6+ û W4+ (1.67:1 W6+:W4+) pêk tê, naveroka texmînkirî ya W6+ û W4+ bi rêzê bi rêzê 72% W6+ û 28% W4+ ye.Wêneyên SEM, spektrayên XPS yên 1-duyemîn di asta navokê de, wêneyên TEM, spektrên FTIR û spektrên Raman ên pariyên C76 di kaxeza meya berê24 de hatin pêşkêş kirin.Li gorî Kawada et al.50,51, şêwaza veqetandina tîrêjê ya C76 piştî rakirina toluene avahiya monoklînîkî ya FCC nîşan dide.
Wêneyên SEM di hêjîrê de.2a û b depokirina serketî ya HWO û HWO-50%C76 li ser û di navbera fîberên karbonê yên elektrodên UCC de destnîşan dikin.Nexşeya hêmanan a tungsten, karbon û oksîjenê di wêneya SEM-ê de di Xiflteya 2c de di wêneyê de tê xuyang kirin.2d-f nîşan dide ku tungsten û karbon bi yekrengî li ser rûbera elektrodê bi yekrengî tevlihev in (dabeşkirinek wekhev nîşan dide) û pêkhatî bi rengek wekhev nayê razandin.ji ber xwezaya rêbaza baranê.
Wêneyên SEM-ê yên pariyên HWO (a) û pariyên HWO-C76 (b).Nexşeya EDX ku li HWO-C76-ê li UCC-yê hatî barkirin bi karanîna devera di wêneyê (c) de belavkirina tungsten (d), karbon (e), û oksîjen (f) di nimûneyê de nîşan dide.
HR-TEM ji bo wênekêşiya mezinbûna bilind û agahdariya krîstalografîk hate bikar anîn (Wêne 3).HWO morfolojiya nanokubê wekî ku di Xiflteya 3a de û bi zelaltir di Xiflteya 3b de tê nîşandan nîşan dide.Bi mezinkirina nanokubê ji bo perçekirina deverek hilbijartî, strukturên tirşikê û firokeyên veqetandinê yên ku qanûna Bragg têr dikin dikarin wekî ku di Figure 3c de hatî xuyang kirin, krîstalbûna materyalê piştrast bikin.Di xêza jimar 3c de dûrahiya d 3.3 Å ya ku bi (022) û (620) firokeyên difraksyonê yên di qonaxên WO3(H2O)0.333 û W32O84, 43, 44, 49 de, bi rêzê ve nîşan dide.Ev bi analîza XRD-ê ya jorîn re hevaheng e (Hêl. 1b) ji ber ku dûrahiya balfirê ya dîtbar d (Wêne. 3c) bi lûtkeya XRD ya herî xurt a di nimûneya HWO de têkildar e.Zengên nimûne jî di hêjîrê de têne xuyang kirin.3d, ku her zengil bi balafirek cûda ve têkildar e.Balafirên WO3(H2O)0.333 û W32O84, bi rêzê, spî û şîn in, û lûtkeyên wan ên XRD yên têkildar jî di jimar 1b de têne xuyang kirin.Zengala yekem a ku di qalibê zengilê de tê xuyang kirin bi lûtkeya yekem a nîşankirî ya di şêwaza tîrêjê ya (022) an (620) balafira perçebûnê de têkildar e.Ji (022) heta (402) zengil, d-dûrahiya 3.30, 3.17, 2.38, 1.93, û 1.69 Å hatin dîtin, ku bi nirxên XRD yên 3.30, 3.17, 2.45, 1.93 û 1.1 re hevaheng in.Å, 44, 45, bi rêzê ve.
(a) Wêneya HR-TEM ya HWO, (b) wêneyek mezinkirî nîşan dide.Wêneyên firokeyên xêzkirinê di (c) de têne xuyang kirin, û cîhê (c) wêneyek mezinkirî ya balafiran û navbera d 0,33 nm ya ku bi firokên (002) û (620) re têkildar nîşan dide.(d) Nimûneya zengila HWO ku balefirên bi qonaxên WO3(H2O)0.333 (spî) û W32O84 (şîn) ve girêdayî nîşan dide.
Analîza XPS hate kirin da ku kîmya rûerdê û rewşa oksîdasyona tungstenê diyar bike (Wêneyên S1 û 4).Spectruma şopandina XPS-ya berbelav a HWO-ya sentezkirî di Fig.S1, hebûna tungstenê nîşan dide.Spektrên XPS-ya teng a astên sereke yên W 4f û O 1s di Hêjîrê de têne xuyang kirin.4a û b, bi rêzê ve.Spektruma W 4f li du dubendên spin-orbitê yên ku bi enerjiya girêdanê ya rewşa oksîdasyonê W re têkildar e, tê dabeş kirin. Pîkên W 4f5/2 û W 4f7/2 di enerjiyên girêdanê yên 37,8 û 35,6 eV de girêdayî W6+ ne, û lûtkeyên W 4f5/2 û W 4f7/2 li 36.6 û 34.9 eV bi rêzê ve taybetmendiya dewleta W4+ ne.Hebûna rewşa oksîdasyonê (W4+) bêtir avakirina WO2.63-a ne-stokyometrîk piştrast dike, dema ku hebûna W6+ WO3 stoichiometric ji ber WO3(H2O)0.333 nîşan dide.Daneyên lihevhatî destnîşan kir ku rêjeyên atomî yên W6+ û W4+ bi rêzê 85% û 15% bûn, ku bi nirx nêzî nirxên ku ji daneyên XRD-ê hatine texmîn kirin, ji ber cûdahiya di navbera her du teknolojiyên de ne.Her du rêbaz agahdariya mîqdar bi rastbûna kêm peyda dikin, nemaze XRD.Wekî din, her du rêbaz parçeyên cihêreng ên materyalê analîz dikin ji ber ku XRD rêbazek mezin e dema ku XPS rêbazek rûkal e ku tenê çend nanometre nêz dibe.Spektruma O 1s li 533 (22.2%) û 530.4 eV (77.8%) li du lûtkeyan dabeş dibe.Ya yekem bi OH re têkildar e, û ya duyemîn jî bi girêdanên oksîjenê yên di tîrêjê de di WO de.Hebûna komên fonksiyonê yên OH-ê bi taybetmendiyên hîdrokirinê yên HWO re hevaheng e.
Analîzek FTIR jî li ser van her du nimûneyan hate kirin da ku hebûna komên fonksiyonel û molekulên avê yên hevrêz ên di avahiya HWO ya hîdrokirî de vekolîn.Encam nîşan didin ku nimûneya HWO-50% C76 û encamên FT-IR HWO ji ber hebûna HWO wekî hev xuya dikin, lê tundiya lûtkeyan ji ber mîqdarên cûda yên nimûneyê ku di dema amadekirina analîzê de têne bikar anîn cûda dibe (Hêjî. 5a ).HWO-50% C76 Hemî lûtkeyên fullerene 24 têne xuyang kirin ji bilî lûtkeya oksîdê tungsten.Bi berfirehî di fig.5a destnîşan dike ku her du nimûne di ~ 710 / cm de bandek berfireh a pir xurt nîşan didin, ku ji vibrasyonên dirêjkirî yên OWO re di strukturên tîrêjê HWO de, û milek xurt di ~ 840 / cm de, ku ji WO re tê veqetandin.banda tûj a li ~ 1610/cm bi lerizîna guheztinê ya OH ve girêdayî ye, û bandê vegirtinê ya berfireh li ~ 3400/cm bi lerizîna dirêjkirina OH ve di koma hîdroksîl de43 ve girêdayî ye.Ev encam bi spektruma XPS-ê ya di Xiflteya 4b de, ku koma fonksiyonê ya WO dikare ji bo reaksiyona VO2+/VO2+ cîhên çalak peyda bike re hevaheng in.
Analîza FTIR ya HWO û HWO-50% C76 (a) komên fonksiyonel û pîvandina goşeya têkiliyê (b, c) nîşan dide.
Koma OH di heman demê de dikare reaksiyona VO2+/VO2+ kataliz bike, bi vî rengî hîdrofîlîtiya elektrodê zêde bike, bi vî rengî rêjeyên belavbûn û veguheztina elektron pêşve bibe.Nimûneya HWO-50% C76 wekî ku di wêneyê de tê xuyang kirin lûtkeyek C76 ya din nîşan dide.Pelên li ~ 2905, 2375, 1705, 1607, û 1445 cm3 dikarin bi rêzê ve ji vibrasyonên dirêjkirî yên CH, O=C=O, C=O, C=C, û CO re bêne destnîşan kirin.Tê zanîn ku komên fonksiyonê yên oksîjenê C=O û CO dikarin wekî navendên çalak ji bo reaksiyonên redox ên vanadyûmê xizmet bikin.Ji bo ceribandin û berawirdkirina şilbûna her du elektrodê, pîvandina goşeya têkiliyê wekî ku di Fig.Elektroda HWO tavilê dilopên avê dişewitîne, ji ber komên fonksiyonê yên berdest ên OH superhîdrofîlîtiyê nîşan dide.HWO-50% C76 bêtir hîdrofobîk e, ku piştî 10 saniyeyan bi goşeya têkiliyê bi qasî 135 °.Lêbelê, di pîvandinên elektrokîmyayî de, elektrodê HWO-50% C76 di kêmtirî deqeyekê de bi tevahî şil bû.Pîvandinên şilbûnê bi encamên XPS û FTIR re hevaheng in, pêşniyar dikin ku bêtir komên OH li ser rûyê HWO wê bi rengek hîdrofîlîktir dike.
Reaksiyonên VO2+/VO2+ yên nanokompozîtên HWO û HWO-C76 hatin ceribandin û tê çaverê kirin ku HWO pêşveçûna gaza klorê ya ku di dema reaksiyonên VO2+/VO2+ de di asîdên tevlihev de çêdibe, bitepisîne, dema ku C76 dê VO2+/VO2-ya xwestî bêtir katalîz bike.Suspensionên HWO yên ku 10%, 30% û 50% C76 hene, li ser elektrodên UCC bi tevahî barkirina bi qasî 2 mg / cm2 hatine sepandin.
Wekî ku di jimarê de tê nîşandan.6, kînetîka reaksiyona VO2+/VO2+ li ser rûbera elektrodê bi karanîna CV-ê di elektrolîtên asîd ên tevlihev de hate lêkolîn kirin.Ji bo hêsankirina berhevdana ΔEp û Ipa / Ipc, herik wekî I / Ipa têne destnîşan kirin.Katalîzatorên cihêreng rasterast ji wêneyê têne wergirtin.Daneyên yekîneya herêmê ya heyî di Figure 2S de têne xuyang kirin.Li ser hêjîrê.Wêneyê 6a nîşan dide ku HWO hinekî rêjeya veguheztina elektronê ya reaksiyona redoksa VO2+/VO2+ li ser rûyê elektrodê zêde dike û reaksiyona pêşkeftina klorê ya parazît ditepisîne.Lêbelê, C76 bi girîngî rêjeya veguheztina elektronê zêde dike û reaksiyona pêşkeftina klorê katalîze dike.Ji ber vê yekê, kompleksek bi pêkhateya rast a HWO û C76 divê xwedan çalakiya çêtirîn û şiyana herî bilind be ku reaksiyona klorê asteng bike.Hat dîtin ku piştî zêdekirina naveroka C76, çalakiya elektrokîmyayî ya elektrodê baştir bû, wekî ku ji hêla kêmbûna ΔEp û zêdebûna rêjeya Ipa / Ipc ve tê xuyang kirin (Table S3).Di heman demê de ev ji hêla nirxên RCT-ê yên ku ji nexşeya Nyquist di Fig. 6d de hatine derxistin (tablo S3) ve hate pejirandin, ku li wir hate dîtin ku bi zêdebûna naveroka C76 re nirxên RCT kêm bûne.Ev encam di heman demê de bi lêkolîna Lee re hevaheng in ku tê de lêzêdekirina karbona mezoporous li WO3-ya mezoporous kînetîka veguhastina barkirinê li ser VO2+/VO2+35 çêtir kir.Ev pêşniyar dike ku reaksiyonek erênî dibe ku bêtir bi veguheztina elektrodê ve girêdayî be (girêdana C=C) 18,24,35,36,37.Ji ber guheztina geometriya hevrêziyê ya di navbera [VO(H2O)5]2+ û [VO2(H2O)4]+ de, C76 di heman demê de dikare bi kêmkirina enerjiya tevnvîsê re bersivê jî kêm bike.Lêbelê, ev dibe ku bi elektrodên HWO ne gengaz be.
(a) Tevgera voltametrîkî ya dorhêl a pêkhateyên UCC û HWO-C76 bi rêjeyên HWO: C76 yên cihêreng di reaksiyonên VO2+/VO2+ de di 0,1 M VOSO4/1 M H2SO4 + 1 M HCl elektrolît (li ν = 5 mV/s).(b) Randles-Sevchik û (c) Rêbaza VO2+/VO2+ ya Nicholson ji bo texmînkirina karîgeriya belavbûnê û bidestxistina nirxên k0 (d).
Ne tenê HWO-50% C76 ji bo reaksiyona VO2+/VO2+ hema hema heman çalakiya elektrokatalîtîk wekî C76 nîşan da, lê, ya balkêştir, ew di heman demê de pêşkeftina gaza klorê li gorî C76, wekî ku di wêneyê de tê xuyang kirin, tepisandiye.6a, ji bilî nîşandana nîvdora piçûktir di hêjîrê de.6g (RCT kêmtir).C76 ji HWO-50% C76 (Tabela S3) Ipa/Ipc-ya xuya bilindtir nîşan da, ne ji ber vegerandina reaksiyonê ya çêtir, lê ji ber ku bi lûtkeya kêmkirina klorê re li 1.2 V-yê li gorî SHE-yê hevûdu ye.Performansa çêtirîn ya HWO-50% C76 ji hevrêziya di navbera C76-a pir guhêrbar a negatîf de û fonksiyonên şilbûn û katalîtîk ên W-OH yên li ser HWO-yê de tê hesibandin.Digel ku kêm belavbûna klorê dê karbidestiya barkirinê ya hucreya tevahî çêtir bike, kînetîkên çêtir dê karbidestiya voltaja hucreya tevahî zêde bike.
Li gorî hevkêşana S1, ji bo reaksiyonek hema-vegera (veguhestina elektronê ya nisbeten hêdî) ku ji hêla belavbûnê ve tê kontrol kirin, heyama lûtkeyê (IP) bi hejmara elektronan (n), qada elektrodê (A), rêjeya belavbûnê (D), hejmar ve girêdayî ye. rêjeya veguheztina elektronan (α) û leza şopandinê (ν).Ji bo lêkolîna tevgera kontrolkirî ya belavkirinê ya materyalên ceribandin, têkiliya di navbera IP û ν1/2 de hate xêz kirin û di Xiflteya 6b de hate xuyang kirin.Ji ber ku hemî materyal têkiliyek rêzik nîşan didin, reaksiyonê bi belavbûnê tê kontrol kirin.Ji ber ku reaksiyona VO2+/VO2+ qasi-bereger e, lêçûna xêzê bi rêjeya belavbûnê û nirxa α (hevkêşana S1) ve girêdayî ye.Ji ber hevsengiya belavbûna domdar (≈ 4 × 10-6 cm2 / s) 52, cûdahiya xêzê rasterast nirxên cûda yên α nîşan dide û ji ber vê yekê rêjeyên cûda yên veguheztina elektronê li ser rûyê elektrodê, bi C76 û HWO -50 % C76, zozanên herî asê nîşan dide (rêjeya veguheztina elektronê ya herî bilind).
Pîvanên Warburg-ê yên bi frekansa nizm (W) yên ku di Tabloya S3 (Hêjî. 6d) de têne xuyang kirin, ji bo hemî materyalan nirxên nêzî 1 hene, belavbûna bêkêmasî ya pariyên redox destnîşan dike û tevgera xêzikî ya IP-ê li hember ν1/2 ji bo CV-ê piştrast dike.pîvandin.Ji bo HWO-50% C76, keviya Warburgê ji yekîtiyê berbi 1.32-an vediqetîne, ku ne tenê ji belavkirina nîv-bêsînor a reaktantan (VO2+), lê di heman demê de dibe ku di tevgera belavbûnê de ji ber poroziya elektrodê tevkariyek pêşnîyar bike.
Ji bo bêtir analîzkirina vegerandinê (rêjeya veguheztina elektronê) ya reaksiyona redoksa VO2+/VO2+, rêbaza reaksiyonê ya nicholson-vegerbar jî hate bikar anîn da ku domdariya rêjeya standard k041.42 diyar bike.Ev bi xêzkirina pîvana kînetîk a bêpîvan Ψ wekî fonksiyonek ΔEp wekî fonksiyonek ν−1/2 bi karanîna hevkêşana S2 pêk tê.Tabloya S4 ji bo her materyalê elektrodê nirxên Ψ yên encam nîşan dide.Encaman xêz bikin (Wêne 6c) da ku k0 × 104 cm/s (li tenişta her rêzê hatî nivîsandin û di tabloya S4 de hatî pêşkêş kirin) bi karanîna hevkêşeya S3 ji bo ziraviya her xêzekê bikişîne.HWO-50% C76 hat dîtin ku xwedan şibaka herî bilind e (Hêjîra 6c) û ji ber vê yekê nirxa k0 ya herî bilind 2,47 × 10-4 cm / s.Ev tê vê wateyê ku ev elektrod di jimarên 6a û d û tablo S3 de kînetîka herî bilez peyda dike ku bi encamên CV û EIS-ê re têkildar e.Wekî din, nirxên k0 jî ji nexşeyên Nyquist (Hêjîr. 6d) yên Hevkêşana S4 bi karanîna nirxên RCT-ê (Table S3) hatine wergirtin.Van encamên k0 ji EIS di Tabloya S4 de têne kurt kirin û her weha destnîşan dikin ku HWO-50% C76 ji ber bandora hevrêziyê rêjeya veguheztina elektronê ya herî bilind nîşan dide.Her çend nirxa k0 ji ber eslê cûda yê her rêbazê cûda be jî, dîsa jî heman rêzê nîşan dide û hevgirtinê nîşan dide.
Ji bo ku bi tevahî kînetîkên hêja yên ku dikarin werin bi dest xistin, girîng e ku meriv materyalê elektrodê çêtirîn bi elektrodên UCC û TCC yên bêserûber re berhev bikin.Ji bo reaksiyona VO2+/VO2+, HWO-C76 ne tenê herî kêm ΔEp û vegerandina çêtir nîşan da, lê di heman demê de bi girîngî reaksiyona pêşkeftina klorê ya parazît li gorî TCC-yê tepisand, wekî ku ji hêla daketinek heyî ya girîng a li 1.45 V ve li gorî dîtina OHA tê destnîşan kirin (Fig. 7a).Di warê îstîqrarê de, me texmîn kir ku HWO-50% C76 ji hêla fizîkî ve aram e ji ber ku katalîzator bi binderek PVDF re tevlihev bû û dûv re li elektrodên qumaşê karbonê hate sepandin.Li gorî 50 mV ji bo UCC, HWO-50% C76 piştî 150 dewran veguheztinek lûtkeya 44 mV nîşan da (rêjeya hilweşandinê 0.29 mV / çerxa) (Wêne 7b).Dibe ku ew ne cûdahiyek mezin be, lê kînetîka elektrodên UCC pir hêdî ye û bi bisiklêtê re xirab dibe, nemaze ji bo reaksiyona paşîn.Her çend vegerandina TCC ji ya UCC-ê pir çêtir e, hat dîtin ku TCC piştî 150 dewran xwedan guheztinek mezin a 73 mV ye, ku dibe ku ji ber mîqdarek mezin a klorê ya ku ji rûyê wê tê berdan be.Ji bo ku katalîzator baş bi rûyê elektrodê ve girêdayî ye.Wekî ku li ser hemî elektrodên hatine ceribandin jî tê dîtin, tewra yên bê katalîzatorên destekkirî dereceyên cihêreng bêîstiqrariya bisiklêtê nîşan didin, û destnîşan dike ku guhertinên di veqetandina lûtkeyê de di dema bisiklêtê de ji ber deaktîvkirina materyalê ji ber guheztinên kîmyewî ne ji veqetandina katalîzatorê ye.Di heman demê de, heke hejmareke mezin ji pariyên katalîzatorê ji rûyê elektrodê were veqetandin, ev ê bibe sedema zêdebûnek girîng di veqetandina lûtkeyê de (ne tenê bi 44 mV), ji ber ku substrate (UCC) ji bo VO2+/VO2+ nisbeten neçalak e. reaksiyona redox.
Berawirdkirina CV (a) û aramiya reaksiyona redox VO2+/VO2+ (b) ya materyalê elektrodê çêtirîn bi rêzgirtina CCC.Di elektrolîta 0,1 M VOSO4 / 1 M H2SO4 + 1 M HCl de, hemû CV wek ν = 5 mV/s in.
Ji bo zêdekirina balkêşiya aborî ya teknolojiya VRFB, başkirin û têgihîştina kînetîka reaksiyona redoxê ya vanadium ji bo bidestxistina karbidestiya enerjiyê ya bilind pêdivî ye.Kompozît HWO-C76 hatin amadekirin û bandora wan a elektrokatalîtîk a li ser reaksiyona VO2+/VO2+ hate lêkolîn kirin.HWO zêdebûnek kinetîk hindik nîşan da lê bi girîngî pêşkeftina klorê di elektrolîtên asîdî yên tevlihev de tepisand.Rêjeyên cûrbecûr yên HWO: C76 hatin bikar anîn da ku kînetîka elektrodên bingehîn ên HWO çêtir bikin.Zêdekirina naveroka C76 ji HWO re dikare kînetîka veguheztina elektronê ya reaksiyona VO2+/VO2+ li ser elektrodê guhezbar baştir bike, di nav wan de HWO-50% C76 materyalê çêtirîn e ji ber ku ew berxwedana veguhastina barkirinê kêm dike û pêşkeftina gaza klorê li gorî C76.û TCC hatin berdan.Ev ji ber bandora hevrêzî ya di navbera hîbrîdîzasyona C=C sp2, komên fonksiyonê yên OH û W-OH de bû.Rêjeya hilweşîna HWO-50% C76 hate dîtin ku di bin duçerxeya pirjimar de 0.29mV / çerxek e dema ku UCC û TCC bi rêzê 0.33mV / çerx û 0.49mV / çerx in, ku ew di elektrolîtên asîda tevlihev de pir aram dike.Encamên pêşkêşkirî bi serfirazî materyalên elektrodê performansa bilind ji bo reaksiyona VO2+/VO2+ bi kînetîkên bilez û aramiya bilind nas dikin.Ev ê voltaja derketinê zêde bike, bi vî rengî karbidestiya hêza VRFB baştir bike, bi vî rengî lêçûna bazirganiya wê ya pêşerojê kêm bike.
Daneyên ku di lêkolîna heyî de hatine bikar anîn û/an analîz kirin li gorî daxwazek maqûl ji nivîskarên têkildar têne peyda kirin.
Luderer G. et al.Texmînkirina Hêza Bayê û Rojê di Senaryoyên Enerjiya Kêm-Karbon a Gerdûnî de: Destpêkek.Aboriya Enerjiyê.64, 542–551.https://doi.org/10.1016/j.eneco.2017.03.027 (2017).
Lee, HJ, Park, S. û Kim, H. Analîza bandora depokirina MnO2 li ser performansa bataryayên herikîna redox manganese vanadium.J. Elektrokîmya.civat.165 (5), A952-A956.https://doi.org/10.1149/2.0881805jes (2018).
Shah, AA, Tangirala, R., Singh, R., Wills, RGA û Walsh, modela hucreya yekîneya dînamîkî ya FK ji bo bataryayek herikîna redoksê ya hemî vanadium.J. Elektrokîmya.civat.158 (6), A671.https://doi.org/10.1149/1.3561426 (2011).
Gandomi, YA, Aaron, DS, Zawodzinski, TA, û Mench, MM Modelek pîvandin û verastkirina dabeşkirina potansiyela li cîhê ji bo bataryayek herikîna redoksa hemî vanadyûm.J. Elektrokîmya.civat.163 (1), A5188-A5201.https://doi.org/10.1149/2.0211601jes (2016).
Tsushima, S. and Suzuki, T. Modelkirin û simulasyona bataryayek redoksa vanadyûmê bi zeviyek herikîna navberkirî ji bo xweşbînkirina avahiya elektrodê.J. Elektrokîmya.civat.167 (2), 020553. https://doi.org/10.1149/1945-7111/ab6dd0 (2020).
Sun, B. û Skillas-Kazakos, M. Guhertina Materyalên Elektroda Graphite Ji bo Serlêdanê di Batteries Vanadium Redox - I. Dermankirina Germê.elektrokîmya.Acta 37 (7), 1253–1260.https://doi.org/10.1016/0013-4686(92)85064-R (1992).
Liu, T., Li, S., Zhang, H., û Chen, J. Di materyalên elektrodê de pêşde diçin da ku di bataryayên herikîna vanadium (VFB) de dendika hêzê baştir bikin.J. Kîmyaya Enerjiyê.27 (5), 1292–1303.https://doi.org/10.1016/j.jechem.2018.07.003 (2018).
Liu, QH et al.Hucreya herikîna redoksa vanadyûmê ya bi karbidestiya bilind bi veavakirina elektrodê û hilbijartina membranê ya xweşbînkirî.J. Elektrokîmya.civat.159 (8), A1246-A1252.https://doi.org/10.1149/2.051208jes (2012).
Wei, G., Jia, K., Liu, J., and Yang, K. Elektrodên katalîzatorê nanotubeya karbonê ya pêkhatî ya ku ji bo sepanên pîlê redoksa vanadyûm piştgirîya hîskirina karbonê heye.J. dabînkirina hêzê.220, 185-192.https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2012.07.081 (2012).
Moon, S., Kwon, BV, Chang, Y., and Kwon, Y. Bandora bismut sulfate ya ku li ser CNT-yên asîdkirî tê razandin li ser performansa bataryayên vanadyûm redox.J. Elektrokîmya.civat.166 (12), A2602.https://doi.org/10.1149/2.1181912jes (2019).
Huang, R.-H.payin.Elektrodên çalak ku bi nanotubeyên karbonê yên platîn / pir-dîwarî ve ji bo bataryayên herikîna redox vanadyûm hatine guheztin.J. Elektrokîmya.civat.159 (10), A1579.https://doi.org/10.1149/2.003210jes (2012).
Lê, S. et al.Bateriya herikîna redoksa vanadyûmê elektrokatalîstên ku bi nanotubeyên karbonê yên bi nîtrojen-dopkirî yên ji îskeleyên organometalîk hatine xemilandin bikar tîne.J. Elektrokîmya.civat.165 (7), A1388.https://doi.org/10.1149/2.0621807jes (2018).
Khan, P. et al.Nanopelên oksîdê grafene wekî materyalên aktîf ên elektrokîmyayî yên hêja ji bo VO2+/ û V2+/V3+ cotên redox ji bo bataryayên herikîna redox vanadium.Karbon 49 (2), 693-700.https://doi.org/10.1016/j.carbon.2010.10.022 (2011).
Gonzalez, Z. et al.Performansa elektrokîmyayî ya hêja ya grafîta guhertî ya grafene ji bo bataryayên vanadium redox hîs dike.J. dabînkirina hêzê.338, 155-162.https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2016.10.069 (2017).
González Z., Vizirianu S., Dinescu G., Blanco S. û Santamaria R. Fîlmên nanowalê karbonê wekî materyalên elektrodê yên nanosazkirî yên di bataryayên herikîna redoksa vanadium de.Nano Energy 1 (6), 833–839.https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2012.07.003 (2012).
Opar DO, Nankya R., Lee J., û Yung H. Karbona mezoporê ya sê-alî ya grafene-guhartî ji bo bataryayên herikîna redox vanadyûmê yên bi performansa bilind tê hîs kirin.elektrokîmya.Qanûna 330, 135276. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2019.135276 (2020).