นาโนคอมโพสิตชนิดหลอดเส้นเลือดฝอย 304 มีทังสเตนออกไซด์/ฟูลเลอรีนเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาด้วยไฟฟ้าและสารยับยั้งปฏิกิริยาปรสิต VO2+/VO2+ ในกรดผสม

ขอขอบคุณที่เยี่ยมชม Nature.comคุณกำลังใช้เวอร์ชันเบราว์เซอร์ที่มีการรองรับ CSS แบบจำกัดเพื่อประสบการณ์ที่ดีที่สุด เราขอแนะนำให้คุณใช้เบราว์เซอร์ที่อัปเดต (หรือปิดใช้งานโหมดความเข้ากันได้ใน Internet Explorer)นอกจากนี้ เพื่อให้มั่นใจว่าได้รับการสนับสนุนอย่างต่อเนื่อง เราจะแสดงไซต์โดยไม่มีสไตล์และ JavaScript
แสดงภาพหมุนสามสไลด์พร้อมกันใช้ปุ่มก่อนหน้าและถัดไปเพื่อเลื่อนผ่านสามสไลด์ในแต่ละครั้ง หรือใช้ปุ่มแถบเลื่อนที่ส่วนท้ายเพื่อเลื่อนผ่านสามสไลด์ในแต่ละครั้ง

องค์ประกอบทางเคมีของท่อคอยล์สแตนเลส 304

ท่อม้วนสแตนเลส 304 เป็นโลหะผสมโครเมียม - นิกเกิลออสเทนนิติกตามที่ผู้ผลิตท่อคอยล์สแตนเลส 304 ส่วนประกอบหลักในนั้นคือ Cr (17% -19%) และ Ni (8% -10.5%)เพื่อปรับปรุงความต้านทานต่อการกัดกร่อน จึงมี Mn (2%) และ Si (0.75%) จำนวนเล็กน้อย

คุณสมบัติทางกลของท่อขดสแตนเลส 304

สมบัติทางกลของท่อขดสแตนเลส 304 มีดังนี้:

• ความต้านแรงดึง: ≥515MPa
• ความแข็งแรงของผลผลิต: ≥205MPa
• การยืดตัว: ≥30%

การใช้งานและการใช้ท่อคอยล์สแตนเลส 304

แบตเตอรี่วานาเดียมรีดอกซ์โฟลว์ (VRFB) มีราคาค่อนข้างสูง ซึ่งจำกัดการใช้งานอย่างแพร่หลายจลนพลศาสตร์ของปฏิกิริยาไฟฟ้าเคมีต้องได้รับการปรับปรุงเพื่อเพิ่มความหนาแน่นของพลังงานและประสิทธิภาพการใช้พลังงานของ VRFB ซึ่งจะช่วยลดต้นทุน kWh ของ VRFBในงานนี้ อนุภาคนาโนของทังสเตนออกไซด์ไฮเดรต (HWO) ที่สังเคราะห์ด้วยไฮโดรเทอร์มอล C76 และ C76/HWO ถูกสะสมไว้บนอิเล็กโทรดผ้าคาร์บอน และทดสอบเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาด้วยไฟฟ้าสำหรับปฏิกิริยารีดอกซ์ VO2+/VO2+กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราดแบบส่องกราดภาคสนาม (FESEM), เอ็กซ์เรย์สเปกโทรสโกปีแบบกระจายพลังงาน (EDX), กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่านความละเอียดสูง (HR-TEM), การเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์ (XRD), เอ็กซ์เรย์โฟโตอิเล็กตรอนสเปกโทรสโกปี (XPS), ฟูริเยร์อินฟราเรด แปลงสเปกโทรสโกปี (FTIR) และการวัดมุมสัมผัสพบว่าการเติม C76 ฟูลเลอรีนใน HWO สามารถเพิ่มจลนพลศาสตร์ของอิเล็กโทรดที่เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยารีดอกซ์ VO2+/VO2+ โดยการเพิ่มความนำไฟฟ้าและให้กลุ่มฟังก์ชันที่มีออกซิเจนบนพื้นผิวคอมโพสิต HWO/C76 (50 % โดยน้ำหนัก C76) ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าเหมาะสมที่สุดสำหรับปฏิกิริยา VO2+/VO2+ ที่มี ΔEp ที่ 176 มิลลิโวลต์ เมื่อเปรียบเทียบกับ 365 มิลลิโวลต์สำหรับผ้าคาร์บอนที่ไม่ผ่านการบำบัด (UCC)นอกจากนี้ คอมโพสิต HWO/C76 ยังแสดงการยับยั้งอย่างมีนัยสำคัญของปฏิกิริยาวิวัฒนาการของคลอรีนปรสิตเนื่องจากกลุ่มฟังก์ชัน W-OH
กิจกรรมของมนุษย์ที่เข้มข้นและการปฏิวัติอุตสาหกรรมที่รวดเร็วได้นำไปสู่ความต้องการไฟฟ้าที่สูงอย่างไม่หยุดยั้ง ซึ่งเพิ่มขึ้นประมาณ 3% ต่อปี1เป็นเวลาหลายทศวรรษแล้วที่การใช้เชื้อเพลิงฟอสซิลเป็นแหล่งพลังงานอย่างกว้างขวางได้นำไปสู่การปล่อยก๊าซเรือนกระจก ซึ่งนำไปสู่ภาวะโลกร้อน มลพิษทางน้ำและอากาศ ซึ่งคุกคามระบบนิเวศทั้งหมดด้วยเหตุนี้ ภายในปี 2593 คาดว่าส่วนแบ่งของพลังงานทดแทนสะอาดและพลังงานแสงอาทิตย์จะสูงถึง 75% ของไฟฟ้าทั้งหมด1อย่างไรก็ตาม เมื่อการผลิตพลังงานหมุนเวียนเกิน 20% ของการผลิตไฟฟ้าทั้งหมด โครงข่ายไฟฟ้าจะไม่เสถียร 1. การพัฒนาระบบกักเก็บพลังงานที่มีประสิทธิภาพมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการเปลี่ยนแปลงนี้ เนื่องจากจะต้องกักเก็บไฟฟ้าส่วนเกินและรักษาสมดุลระหว่างอุปสงค์และอุปทาน
ในบรรดาระบบกักเก็บพลังงานทั้งหมด เช่น แบตเตอรี่แบบไฮบริดวานาเดียมรีดอกซ์โฟลว์2 แบตเตอรี่วาเนเดียมรีดอกซ์โฟลว์ (VRFB) ทั้งหมดเป็นระบบที่ทันสมัยที่สุดเนื่องจากมีข้อดีหลายประการ3 และถือเป็นทางออกที่ดีที่สุดสำหรับการจัดเก็บพลังงานในระยะยาว (~30 ปี)การใช้แหล่งพลังงานหมุนเวียน4.นี่เป็นเพราะการแยกพลังงานและความหนาแน่นของพลังงาน การตอบสนองที่รวดเร็ว อายุการใช้งานยาวนาน และต้นทุนต่อปีค่อนข้างต่ำที่ 65 เหรียญสหรัฐฯ/kWh เทียบกับ 93-140 เหรียญสหรัฐฯ/kWh สำหรับแบตเตอรี่ Li-ion และตะกั่ว-กรด และ 279-420 เหรียญสหรัฐฯ/kWh/kWh แบตเตอรี่ตามลำดับ 4.
อย่างไรก็ตาม การค้าในวงกว้างยังคงถูกขัดขวางโดยต้นทุนเงินทุนของระบบที่ค่อนข้างสูง สาเหตุหลักมาจากชุดแบตเตอรี่4,5ดังนั้นการปรับปรุงประสิทธิภาพของแบตเตอรี่โดยการเพิ่มจลนพลศาสตร์ของปฏิกิริยาครึ่งเซลล์ทั้งสองสามารถลดขนาดแบตเตอรี่และลดต้นทุนได้ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีการถ่ายโอนอิเล็กตรอนอย่างรวดเร็วไปยังพื้นผิวอิเล็กโทรด ขึ้นอยู่กับการออกแบบ องค์ประกอบ และโครงสร้างของอิเล็กโทรด ซึ่งจะต้องได้รับการปรับปรุงอย่างระมัดระวังแม้ว่าอิเล็กโทรดที่มีคาร์บอนเป็นองค์ประกอบหลักจะมีความเสถียรทางเคมีและไฟฟ้าเคมีที่ดีและมีค่าการนำไฟฟ้าที่ดี แต่หากปล่อยทิ้งไว้โดยไม่ผ่านการบำบัด จลนศาสตร์ของอิเล็กโทรดจะช้าลงเนื่องจากไม่มีกลุ่มฟังก์ชันของออกซิเจนและความสามารถในการชอบน้ำ7,8ดังนั้น ตัวเร่งปฏิกิริยาด้วยไฟฟ้าหลายชนิดจึงถูกรวมเข้ากับอิเล็กโทรดคาร์บอน โดยเฉพาะโครงสร้างนาโนของคาร์บอนและออกไซด์ของโลหะ เพื่อปรับปรุงจลนศาสตร์ของอิเล็กโทรดทั้งสอง ซึ่งจะเป็นการเพิ่มจลนศาสตร์ของอิเล็กโทรด VRFB
วัสดุคาร์บอนหลายชนิดถูกนำมาใช้ เช่น กระดาษคาร์บอน9 ท่อนาโนคาร์บอน10,11,12,13 โครงสร้างนาโนที่ใช้กราฟีน14,15,16,17 เส้นใยนาโนคาร์บอน18 และอื่นๆ19,20,21,22,23 ยกเว้นกลุ่มฟูลเลอรีน .ในการศึกษาก่อนหน้าของเราเกี่ยวกับ C76 เราได้รายงานเป็นครั้งแรกถึงฤทธิ์ทางไฟฟ้าที่ดีเยี่ยมของฟูลเลอรีนนี้ต่อ VO2+/VO2+ เมื่อเปรียบเทียบกับผ้าคาร์บอนที่ผ่านการอบร้อนและไม่ผ่านการบำบัด ความต้านทานการถ่ายโอนประจุลดลง 99.5% และ 97%24ประสิทธิภาพการเร่งปฏิกิริยาของวัสดุคาร์บอนสำหรับปฏิกิริยา VO2+/VO2+ เมื่อเปรียบเทียบกับ C76 แสดงไว้ในตาราง S1ในทางกลับกัน โลหะออกไซด์หลายชนิด เช่น CeO225, ZrO226, MoO327, NiO28, SnO229, Cr2O330 และ WO331, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38 ถูกนำมาใช้เนื่องจากมีความสามารถในการเปียกน้ำเพิ่มขึ้นและมีปริมาณออกซิเจนสูงกลุ่มตาราง S2 แสดงประสิทธิภาพการเร่งปฏิกิริยาของโลหะออกไซด์เหล่านี้ในปฏิกิริยา VO2+/VO2+WO3 ถูกนำมาใช้ในงานจำนวนมากเนื่องจากมีต้นทุนต่ำ มีความเสถียรสูงในตัวกลางที่เป็นกรด และมีฤทธิ์ในการเร่งปฏิกิริยาสูง31,32,33,34,35,36,37,38อย่างไรก็ตาม WO3 มีการปรับปรุงจลนศาสตร์ของแคโทดเพียงเล็กน้อยเพื่อปรับปรุงการนำไฟฟ้าของ WO3 ได้มีการทดสอบผลของการใช้ทังสเตนออกไซด์ที่ลดลง (W18O49) ต่อกิจกรรมของอิเล็กโทรดเชิงบวก38ไม่เคยมีการทดสอบทังสเตนออกไซด์ไฮเดรต (HWO) ในการใช้งาน VRFB แม้ว่าจะแสดงให้เห็นกิจกรรมที่สูงกว่าในการใช้งานซุปเปอร์คาปาซิเตอร์เนื่องจากการแพร่กระจายของแคตไอออนเร็วขึ้นเมื่อเทียบกับ WOx39,40 แบบไม่มีน้ำแบตเตอรี่ไหลรีดอกซ์วานาเดียมทั้งหมดรุ่นที่สามใช้อิเล็กโทรไลต์กรดผสมที่ประกอบด้วย HCl และ H2SO4 เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพของแบตเตอรี่และปรับปรุงความสามารถในการละลายและความเสถียรของไอออนวานาเดียมในอิเล็กโทรไลต์อย่างไรก็ตาม ปฏิกิริยาวิวัฒนาการของคลอรีนปรสิตได้กลายเป็นหนึ่งในข้อเสียของรุ่นที่สาม ดังนั้นการหาวิธียับยั้งปฏิกิริยาการประเมินคลอรีนจึงเป็นหน้าที่ของกลุ่มวิจัยหลายกลุ่ม
ในที่นี้ การทดสอบปฏิกิริยา VO2+/VO2+ ดำเนินการกับคอมโพสิต HWO/C76 ที่สะสมบนอิเล็กโทรดผ้าคาร์บอน เพื่อค้นหาความสมดุลระหว่างค่าการนำไฟฟ้าของคอมโพสิตและจลนศาสตร์ของปฏิกิริยารีดอกซ์บนพื้นผิวอิเล็กโทรด ในขณะที่ยับยั้งการสะสมของคลอรีนปรสิตปฏิกิริยา (KVR)อนุภาคนาโนทังสเตนออกไซด์ไฮเดรต (HWO) ถูกสังเคราะห์โดยวิธีไฮโดรเทอร์มอลอย่างง่ายทำการทดลองในอิเล็กโทรไลต์กรดผสม (H2SO4/HCl) เพื่อจำลอง VRFB (G3) รุ่นที่สามเพื่อความสะดวก และเพื่อตรวจสอบผลกระทบของ HWO ต่อปฏิกิริยาวิวัฒนาการของคลอรีนปรสิต
วานาเดียม(IV) ซัลเฟตออกไซด์ไฮเดรต (VOSO4, 99.9%, อัลฟา-เอเซอร์), กรดซัลฟิวริก (H2SO4), กรดไฮโดรคลอริก (HCl), ไดเมทิลฟอร์มาไมด์ (DMF, ซิกมา-อัลดริช), โพลีไวนิลดีนฟลูออไรด์ (PVDF, ซิกมา-อัลดริช), โซเดียม การศึกษานี้ใช้ทังสเตนออกไซด์ไดไฮเดรต (Na2WO4, 99%, Sigma-Aldrich) และผ้าคาร์บอนที่ชอบน้ำ ELAT (ร้านเซลล์เชื้อเพลิง)
ทังสเตนออกไซด์ไฮเดรต (HWO) ถูกเตรียมโดยปฏิกิริยาไฮโดรเทอร์มอล โดยเกลือ Na2WO4 2 กรัมถูกละลายใน 12 มล. ของ H O จนกระทั่งได้สารละลายไม่มีสี จากนั้นจึงเติม 2 M HCl 12 มล. แบบหยดจนกระทั่งสารแขวนลอยสีเหลืองอ่อน ที่ได้รับ.ระงับปฏิกิริยาไฮโดรเทอร์มอลถูกดำเนินการในหม้อนึ่งความดันสแตนเลสเคลือบเทฟลอนในเตาอบที่อุณหภูมิ 180 ºC เป็นเวลา 3 ชั่วโมงสารตกค้างถูกรวบรวมโดยการกรอง ล้าง 3 ครั้งด้วยเอทานอลและน้ำ อบแห้งในเตาอบที่ 70°C เป็นเวลา ~3 ชั่วโมง จากนั้นบดเพื่อให้ได้ผง HWO สีน้ำเงิน-เทา
อิเล็กโทรดผ้าคาร์บอน (CCT) ที่ได้รับ (ที่ไม่ผ่านการบำบัด) ถูกนำมาใช้ในรูปแบบที่ได้รับหรือผ่านการบำบัดความร้อนในเตาหลอมแบบหลอดที่อุณหภูมิ 450°C เป็นเวลา 10 ชั่วโมงที่อัตราการให้ความร้อน 15°C/นาทีในอากาศ รับการรักษา UCC (TCC) s เช่นเดียวกับงานก่อนหน้า 24. UCC และ TCC ถูกตัดเป็นขั้วไฟฟ้า กว้างประมาณ 1.5 ซม. และยาวประมาณ 7 ซม.สารแขวนลอยของ C76, HWO, HWO-10% C76, HWO-30% C76 และ HWO-50% C76 ถูกเตรียมโดยการเติมผงวัสดุออกฤทธิ์ 20 มิลลิกรัมและ 10 เปอร์เซ็นต์โดยน้ำหนัก (~2.22 มิลลิกรัม) ของสารยึดเกาะ PVDF ไปยัง ~1 มิลลิลิตรของ DMF เตรียมและโซนิคเป็นเวลา 1 ชั่วโมงเพื่อปรับปรุงความสม่ำเสมอจากนั้นใช้คอมโพสิต C76, HWO และ HWO-C76 จำนวน 2 มก. กับพื้นที่อิเล็กโทรดแอคทีฟ UCC ประมาณ 1.5 ซม.ตัวเร่งปฏิกิริยาทั้งหมดถูกโหลดลงบนอิเล็กโทรด UCC และ TCC ใช้เพื่อวัตถุประสงค์ในการเปรียบเทียบเท่านั้น เนื่องจากงานก่อนหน้านี้ของเราได้แสดงให้เห็นว่าไม่จำเป็นต้องมีการอบชุบด้วยความร้อน 24การตกตะกอนด้วยการกดทำได้โดยการแปรงสารแขวนลอย 100 ไมโครลิตร (โหลด 2 มก.) เพื่อความสม่ำเสมอที่มากขึ้นจากนั้นอิเล็กโทรดทั้งหมดถูกทำให้แห้งในเตาอบข้ามคืนที่อุณหภูมิ 60°Cอิเล็กโทรดจะถูกวัดก่อนและหลังเพื่อให้แน่ใจว่ามีการโหลดสต็อคที่แม่นยำเพื่อให้มีพื้นที่เรขาคณิตที่แน่นอน (~1.5 ซม.2) และป้องกันไม่ให้อิเล็กโทรไลต์วานาเดียมเพิ่มขึ้นเป็นอิเล็กโทรดเนื่องจากผลของเส้นเลือดฝอย จึงมีการใช้พาราฟินชั้นบางๆ เหนือวัสดุออกฤทธิ์
กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราดแบบส่องกราดภาคสนาม (FESEM, Zeiss SEM Ultra 60.5 kV) ถูกนำมาใช้เพื่อสังเกตสัณฐานวิทยาของพื้นผิว HWOX-ray spectroscopy แบบกระจายพลังงานที่ติดตั้ง Feii8SEM (EDX, Zeiss AG) ถูกนำมาใช้เพื่อทำแผนที่องค์ประกอบ HWO-50% C76 บนอิเล็กโทรด UCCกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่านความละเอียดสูง (HR-TEM, JOEL JEM-2100) ที่ทำงานที่แรงดันไฟฟ้าเร่ง 200 kV ถูกนำมาใช้เพื่อให้ได้ภาพความละเอียดสูงและวงแหวนการเลี้ยวเบนของอนุภาค HWOใช้ซอฟต์แวร์ Crystallographic Tool Box (CrysTBox) เพื่อวิเคราะห์วงแหวนการเลี้ยวเบน HWO โดยใช้ฟังก์ชัน ringGUI และเปรียบเทียบผลลัพธ์กับโมเดล XRDโครงสร้างและการสร้างกราฟของ UCC และ TCC ถูกกำหนดโดย X-ray diffraction (XRD) ที่อัตราการสแกน 2.4°/นาที จาก 5° ถึง 70° ด้วย Cu Kα (แล = 1.54060 Å) โดยใช้ Panalytical X-ray diffractometer(รุ่น 3600).XRD แสดงโครงสร้างผลึกและระยะของ HWOซอฟต์แวร์ PANalytical X'Pert HighScore ใช้เพื่อจับคู่พีค HWO กับแผนที่ทังสเตนออกไซด์ที่มีอยู่ในฐานข้อมูล45เปรียบเทียบผลลัพธ์ HWO กับผลลัพธ์ TEMองค์ประกอบทางเคมีและสถานะของตัวอย่าง HWO ถูกกำหนดโดย X-ray photoelectron spectroscopy (XPS, ESCALAB 250Xi, ThermoScientific)ซอฟต์แวร์ CASA-XPS (เวอร์ชัน 2.3.15) ใช้สำหรับการแยกส่วนสูงสุดและการวิเคราะห์ข้อมูลการวัดสเปกโตรสโกปีการแปลงฟูริเยร์ (FTIR โดยใช้สเปกโตรมิเตอร์ Perkin Elmer KBr FTIR) ได้ดำเนินการเพื่อกำหนดกลุ่มฟังก์ชันพื้นผิวของ HWO และ HWO-50%C76เปรียบเทียบผลลัพธ์กับผลลัพธ์ XPSการวัดมุมสัมผัส (KRUSS DSA25) ยังใช้เพื่อระบุลักษณะความสามารถในการเปียกของอิเล็กโทรดอีกด้วย
สำหรับการตรวจวัดเคมีไฟฟ้าทั้งหมด จะใช้เวิร์กสเตชัน Biologic SP 300ไซคลิกโวลแทมเมทรี (CV) และอิเล็กโทรเคมีอิมพีแดนซ์สเปกโทรสโกปี (EIS) ถูกนำมาใช้เพื่อศึกษาจลนพลศาสตร์ของอิเล็กโทรดของปฏิกิริยารีดอกซ์ VO2+/VO2+ และผลของการแพร่กระจายของรีเอเจนต์ (VOSO4 (VO2+)) ต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยาเทคโนโลยีทั้งสองใช้เซลล์สามอิเล็กโทรดที่มีความเข้มข้นของอิเล็กโทรไลต์ 0.1 M VOSO4 (V4+) ละลายใน 1 M H2SO4 + 1 M HCl (กรดผสม)ข้อมูลเคมีไฟฟ้าทั้งหมดที่นำเสนอได้รับการแก้ไขด้วย IRอิเล็กโทรดคาโลเมลอิ่มตัว (SCE) และคอยล์แพลตตินัม (Pt) ถูกใช้เป็นอิเล็กโทรดอ้างอิงและอิเล็กโทรดเคาน์เตอร์ตามลำดับสำหรับ CV อัตราการสแกน (ν) 5, 20 และ 50 mV/s ถูกนำไปใช้กับหน้าต่างที่เป็นไปได้ (0–1) V เมื่อเปรียบเทียบกับ SCE สำหรับ VO2+/VO2+ จากนั้นแก้ไขในระดับ SHE เพื่อลงจุด (VSCE = 0.242 V สัมพันธ์กับ HSE)ในการตรวจสอบการคงอยู่ของกิจกรรมอิเล็กโทรด ได้ทำการรีไซเคิล CV บน UCC, TCC, UCC-C76, UCC-HWO และ UCC-HWO-50% C76 ที่ ν เท่ากับ 5 mV/sสำหรับการวัด EIS สำหรับปฏิกิริยารีดอกซ์ VO2+/VO2+ จะใช้ช่วงความถี่ 0.01-105 Hz และการรบกวนแรงดันไฟฟ้าวงจรเปิด (OCV) ที่ 10 mVการทดลองแต่ละครั้งทำซ้ำ 2-3 ครั้งเพื่อให้แน่ใจว่าผลลัพธ์มีความสม่ำเสมอค่าคงที่อัตราต่างกัน (k0) ได้มาจากวิธี Nicholson46,47
ทังสเตนออกไซด์ไฮเดรต (HVO) ได้รับการสังเคราะห์เรียบร้อยแล้วโดยวิธีไฮโดรเทอร์มอลภาพ SEM ในรูป1a แสดงให้เห็นว่า HWO ที่ฝากประกอบด้วยกลุ่มของอนุภาคนาโนที่มีขนาดอนุภาคในช่วง 25–50 นาโนเมตร
รูปแบบการเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์ของ HWO แสดงพีค (001) และ (002) ที่ ~23.5° และ ~47.5° ตามลำดับ ซึ่งเป็นลักษณะของ nonstoichiometric WO2.63 (W32O84) (PDF 077–0810, a = 21.4 Å, b = 17.8 Å, c = 3.8 Å, α = β = γ = 90°) ซึ่งสอดคล้องกับสีน้ำเงินที่ชัดเจน (รูปที่ 1b) 48,49ยอดเขาอื่นๆ ที่ประมาณ 20.5°, 27.1°, 28.1°, 30.8°, 35.7°, 36.7° และ 52.7° อยู่ที่ (140), (620), (350 ), (720), (740), (560)และ (970) ระนาบการเลี้ยวเบน ตามลำดับ 49 ออร์โธฮอมบิก WO2.63ซองการา และคณะ43 ใช้วิธีการสังเคราะห์แบบเดียวกันเพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์สีขาว ซึ่งมีสาเหตุมาจากการมีอยู่ของ WO3(H2O)0.333อย่างไรก็ตาม ในงานนี้ เนื่องจากเงื่อนไขที่แตกต่างกัน จึงได้ผลิตภัณฑ์สีน้ำเงิน-เทา ซึ่งบ่งชี้การอยู่ร่วมกันของ WO3(H2O)0.333 (PDF 087-1203, a = 7.3 Å, b = 12.5 Å, c = 7.7 ) ใน Å , α = β = γ = 90°) และทังสเตนออกไซด์ในรูปแบบรีดิวซ์การวิเคราะห์แบบกึ่งปริมาณด้วยซอฟต์แวร์ X'Pert HighScore พบว่า 26% WO3(H2O)0.333: 74% W32O84เนื่องจาก W32O84 ประกอบด้วย W6+ และ W4+ (1.67:1 W6+:W4+) ปริมาณเนื้อหาโดยประมาณของ W6+ และ W4+ คือประมาณ 72% W6+ และ 28% W4+ ตามลำดับรูปภาพ SEM, สเปกตรัม XPS 1 วินาทีที่ระดับนิวเคลียส, รูปภาพ TEM, สเปกตรัม FTIR และสเปกตรัมรามานของอนุภาค C76 ถูกนำเสนอในรายงานฉบับก่อนหน้าของเราจากข้อมูลของ Kawada และคณะ 50,51 รูปแบบการเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์ของ C76 แสดงโครงสร้างโมโนคลินิกของ FCC หลังจากกำจัดโทลูอีนออก
ภาพ SEM ในรูป2a และ b แสดงการสะสม HWO และ HWO-50%C76 ที่ประสบความสำเร็จบนและระหว่างเส้นใยคาร์บอนของอิเล็กโทรด UCCการทำแผนที่องค์ประกอบของทังสเตน คาร์บอน และออกซิเจนในภาพ SEM ในรูปที่ 2c แสดงอยู่ในรูปที่2d–f แสดงว่าทังสเตนและคาร์บอนผสมกันอย่างสม่ำเสมอ (แสดงการกระจายที่คล้ายกัน) เหนือพื้นผิวอิเล็กโทรด และคอมโพสิตไม่ได้สะสมอย่างสม่ำเสมอเนื่องจากลักษณะของวิธีการตกตะกอน
ภาพ SEM ของอนุภาค HWO ที่ฝากไว้ (a) และอนุภาค HWO-C76 (b)การทำแผนที่ EDX ที่อัปโหลดไปยัง HWO-C76 ที่ UCC โดยใช้พื้นที่ในภาพ (c) แสดงการกระจายตัวของทังสเตน (d) คาร์บอน (e) และออกซิเจน (f) ในตัวอย่าง
HR-TEM ใช้สำหรับการถ่ายภาพที่มีกำลังขยายสูงและข้อมูลทางผลึกศาสตร์ (รูปที่ 3)HWO สาธิตสัณฐานวิทยาของนาโนคิวบ์ดังแสดงในรูปที่ 3a และชัดเจนยิ่งขึ้นในรูปที่ 3bด้วยการขยายนาโนคิวบ์เพื่อการเลี้ยวเบนของพื้นที่ที่เลือก โครงสร้างตะแกรงและระนาบการเลี้ยวเบนที่เป็นไปตามกฎของแบรกก์สามารถมองเห็นได้ดังแสดงในรูปที่ 3c เพื่อยืนยันความเป็นผลึกของวัสดุในสิ่งที่ใส่เข้าไปในรูปที่ 3c แสดงระยะทาง d 3.3 Å ซึ่งสอดคล้องกับระนาบการเลี้ยวเบน (022) และ (620) ในเฟส WO3 (H2O) 0.333 และ W32O84, 43, 44, 49 ตามลำดับสิ่งนี้สอดคล้องกับการวิเคราะห์ XRD ข้างต้น (รูปที่ 1b) เนื่องจากระยะห่างระนาบตะแกรงที่สังเกตได้ d (รูปที่ 3c) สอดคล้องกับจุดสูงสุด XRD ที่แข็งแกร่งที่สุดในตัวอย่าง HWOแหวนตัวอย่างยังแสดงอยู่ในรูปด้วย3 มิติ โดยแต่ละวงแหวนสอดคล้องกับระนาบที่แยกจากกันเครื่องบิน WO3 (H2O) 0.333 และ W32O84 มีสีขาวและสีน้ำเงินตามลำดับ และพีค XRD ที่สอดคล้องกันจะแสดงในรูปที่ 1b ด้วยวงแหวนวงแรกที่แสดงในรูปแบบวงแหวนนั้นสอดคล้องกับจุดสูงสุดที่ทำเครื่องหมายไว้วงแรกในรูปแบบเอ็กซ์เรย์ของระนาบการเลี้ยวเบน (022) หรือ (620)จากวงแหวน (022) ถึง (402) พบระยะ d เท่ากับ 3.30, 3.17, 2.38, 1.93 และ 1.69 Å ซึ่งสอดคล้องกับค่า XRD เท่ากับ 3.30, 3.17, 2 .45, 1.93 และ 1.66Å, 44, 45 ตามลำดับ
(a) รูปภาพ HR-TEM ของ HWO (b) แสดงภาพที่ขยายใหญ่รูปภาพของระนาบตะแกรงจะแสดงใน (c) และสิ่งที่ใส่เข้าไป (c) แสดงภาพที่ขยายใหญ่ของระนาบและช่วงเวลา d 0.33 นาโนเมตรซึ่งสอดคล้องกับระนาบ (002) และ (620)( d ) รูปแบบวงแหวน HWO แสดงระนาบที่เกี่ยวข้องกับเฟส WO3 (H2O) 0.333 (สีขาว) และ W32O84 (สีน้ำเงิน)
ทำการวิเคราะห์ XPS เพื่อหาเคมีพื้นผิวและสถานะออกซิเดชันของทังสเตน (รูปที่ S1 และ 4)สเปกตรัมของการสแกน XPS ช่วงกว้างของ HWO ที่สังเคราะห์ได้จะแสดงไว้ในรูปที่S1 บ่งชี้ถึงการมีอยู่ของทังสเตนสเปกตรัมสแกนแคบของ XPS ของระดับ W 4f และ O 1s หลักแสดงไว้ในรูปที่4a และ b ตามลำดับสเปกตรัม W 4f ถูกแบ่งออกเป็นสองเท่าของวงโคจรหมุนคู่ซึ่งสอดคล้องกับพลังงานการจับของสถานะออกซิเดชัน W พีค W 4f5/2 และ W 4f7/2 ที่พลังงานการจับที่ 37.8 และ 35.6 eV เป็นของ W6+ และพีค W 4f5/2 และ W 4f7/2 ที่ 36.6 และ 34.9 eV เป็นคุณลักษณะเฉพาะของสถานะ W4+ ตามลำดับการมีอยู่ของสถานะออกซิเดชัน (W4+) ช่วยยืนยันการก่อตัวของ WO2.63 ที่ไม่ใช่ปริมาณสารสัมพันธ์ ในขณะที่การมีอยู่ของ W6+ บ่งชี้ปริมาณสารสัมพันธ์ WO3 เนื่องจาก WO3(H2O)0.333ข้อมูลที่ติดตั้งแสดงให้เห็นว่าเปอร์เซ็นต์อะตอมของ W6+ และ W4+ อยู่ที่ 85% และ 15% ตามลำดับ ซึ่งค่อนข้างใกล้เคียงกับค่าที่ประมาณจากข้อมูล XRD เมื่อพิจารณาถึงความแตกต่างระหว่างเทคโนโลยีทั้งสองทั้งสองวิธีให้ข้อมูลเชิงปริมาณที่มีความแม่นยำต่ำ โดยเฉพาะ XRDนอกจากนี้ ทั้งสองวิธีวิเคราะห์ส่วนต่างๆ ของวัสดุเนื่องจาก XRD เป็นวิธีปริมาณมาก ในขณะที่ XPS เป็นวิธีพื้นผิวที่เข้าใกล้เพียงไม่กี่นาโนเมตรเท่านั้นสเปกตรัม O 1s แบ่งออกเป็นสองจุดสูงสุดที่ 533 (22.2%) และ 530.4 eV (77.8%)ตัวแรกสอดคล้องกับ OH และตัวที่สองตรงกับพันธะออกซิเจนในโครงตาข่ายใน WOการมีอยู่ของหมู่ฟังก์ชัน OH สอดคล้องกับคุณสมบัติการให้น้ำของ HWO
นอกจากนี้ การวิเคราะห์ FTIR ยังดำเนินการกับตัวอย่างทั้งสองนี้เพื่อตรวจสอบการมีอยู่ของกลุ่มฟังก์ชันและโมเลกุลของน้ำที่ประสานกันในโครงสร้าง HWO ไฮเดรตผลลัพธ์แสดงให้เห็นว่าตัวอย่าง HWO-50% C76 และผลลัพธ์ FT-IR HWO มีลักษณะเหมือนกันเนื่องจากมี HWO อยู่ แต่ความเข้มของพีคจะแตกต่างกันเนื่องจากปริมาณตัวอย่างที่แตกต่างกันซึ่งใช้ในระหว่างการเตรียมตัวสำหรับการวิเคราะห์ (รูปที่ 5a ).HWO-50% C76 แสดงพีคฟูลเลอรีนทั้งหมด 24 พีค ยกเว้นพีคทังสเตนออกไซด์รายละเอียดตามรูปครับ5a แสดงให้เห็นว่าตัวอย่างทั้งสองมีแถบกว้างที่แข็งแกร่งมากที่ ~710/ซม. เป็นผลมาจากการสั่นสะเทือนที่ยืดออกของ OWO ในโครงสร้างโครงตาข่าย HWO และไหล่ที่แข็งแรงที่ ~840/ซม. ประกอบกับ WOแถบแหลมที่ ~1610/ซม. สัมพันธ์กับการสั่นสะเทือนแบบโค้งงอของ OH และแถบดูดซับกว้างที่ ~3400/ซม. สัมพันธ์กับการสั่นสะเทือนแบบยืดออกของ OH ในกลุ่มไฮดรอกซิล43ผลลัพธ์เหล่านี้สอดคล้องกับสเปกตรัม XPS ในรูปที่ 4b โดยที่กลุ่มฟังก์ชัน WO สามารถจัดให้มีไซต์ที่ทำงานอยู่สำหรับปฏิกิริยา VO2+/VO2+
การวิเคราะห์ FTIR ของ HWO และ HWO-50% C76 (a) แสดงกลุ่มฟังก์ชันและการวัดมุมสัมผัส (b, c)
กลุ่ม OH ยังสามารถกระตุ้นปฏิกิริยา VO2+/VO2+ ได้ ซึ่งจะเป็นการเพิ่มความสามารถในการชอบน้ำของอิเล็กโทรด ดังนั้นจึงส่งเสริมอัตราการแพร่กระจายและการถ่ายโอนอิเล็กตรอนตัวอย่าง C76 HWO-50% แสดงพีค C76 เพิ่มเติมดังแสดงในรูปจุดสูงสุดที่ ~ 2905, 2375, 1705, 1607 และ 1445 cm3 สามารถกำหนดให้กับการสั่นสะเทือนแบบยืด CH, O=C=O, C=O, C=C และ CO ตามลำดับเป็นที่ทราบกันดีว่าหมู่ฟังก์ชันออกซิเจน C=O และ CO สามารถทำหน้าที่เป็นศูนย์กลางที่แอคทีฟสำหรับปฏิกิริยารีดอกซ์ของวาเนเดียมเพื่อทดสอบและเปรียบเทียบความสามารถในการเปียกของอิเล็กโทรดทั้งสอง ให้ใช้การวัดมุมสัมผัสดังแสดงในรูปที่ 5b, cอิเล็กโทรด HWO จะดูดซับหยดน้ำทันที ซึ่งบ่งชี้ถึงความสามารถในการไฮโดรฟิลิซิตี้เนื่องจากมีกลุ่มฟังก์ชัน OH ที่มีอยู่HWO-50% C76 ไม่ชอบน้ำมากกว่า โดยมีมุมสัมผัสประมาณ 135° หลังจากผ่านไป 10 วินาทีอย่างไรก็ตาม ในการตรวจวัดเคมีไฟฟ้า อิเล็กโทรด HWO-50%C76 จะทำให้เปียกจนหมดภายในเวลาไม่ถึงหนึ่งนาทีการวัดความสามารถในการเปียกน้ำนั้นสอดคล้องกับผลลัพธ์ของ XPS และ FTIR ซึ่งบ่งชี้ว่ามีกลุ่ม OH มากขึ้นบนพื้นผิว HWO ทำให้มีคุณสมบัติชอบน้ำได้ค่อนข้างมาก
ปฏิกิริยา VO2+/VO2+ ของนาโนคอมโพสิต HWO และ HWO-C76 ได้รับการทดสอบ และคาดว่า HWO จะระงับการวิวัฒนาการของก๊าซคลอรีนที่เกิดขึ้นระหว่างปฏิกิริยา VO2+/VO2+ ในกรดผสม ในขณะที่ C76 จะเร่งปฏิกิริยา VO2+/ VO2+ ที่ต้องการต่อไปสารแขวนลอย HWO ที่มี C76 10%, 30% และ 50% ถูกนำไปใช้กับอิเล็กโทรด UCC โดยมีโหลดรวมประมาณ 2 มก./ซม.2
ดังแสดงในรูป6 จลนศาสตร์ของปฏิกิริยา VO2+/VO2+ บนพื้นผิวอิเล็กโทรดถูกตรวจสอบโดยใช้ CV ในอิเล็กโทรไลต์ที่เป็นกรดผสมกระแสจะแสดงเป็น I/Ipa เพื่อความสะดวกในการเปรียบเทียบ ΔEp และ Ipa/Ipcตัวเร่งปฏิกิริยาต่างๆ ได้โดยตรงจากรูปข้อมูลหน่วยพื้นที่ปัจจุบันแสดงในรูปที่ 2Sบนรูปรูปที่ 6a แสดงให้เห็นว่า HWO เพิ่มอัตราการถ่ายโอนอิเล็กตรอนของปฏิกิริยารีดอกซ์ VO2+/VO2+ เล็กน้อยบนพื้นผิวอิเล็กโทรด และยับยั้งปฏิกิริยาของการวิวัฒนาการของคลอรีนปรสิตอย่างไรก็ตาม C76 เพิ่มอัตราการถ่ายโอนอิเล็กตรอนอย่างมีนัยสำคัญ และกระตุ้นปฏิกิริยาวิวัฒนาการของคลอรีนดังนั้นสารเชิงซ้อนที่มีองค์ประกอบที่ถูกต้องของ HWO และ C76 ควรมีฤทธิ์ที่ดีที่สุดและมีความสามารถสูงสุดในการยับยั้งปฏิกิริยาคลอรีนพบว่าหลังจากเพิ่มปริมาณ C76 กิจกรรมเคมีไฟฟ้าของอิเล็กโทรดดีขึ้น โดยเห็นได้จากการลดลงของ ΔEp และอัตราส่วน Ipa/Ipc เพิ่มขึ้น (ตารางที่ S3)สิ่งนี้ได้รับการยืนยันด้วยค่า RCT ที่แยกมาจากพล็อต Nyquist ในรูปที่ 6d (ตาราง S3) ซึ่งพบว่าค่า RCT ลดลงเมื่อเนื้อหาเพิ่มขึ้นของ C76ผลลัพธ์เหล่านี้สอดคล้องกับการศึกษาของ Lee เช่นกัน ซึ่งการเติมคาร์บอนที่มีโซพอรัสเข้ากับ WO3 ที่มีโซพอรัส จะช่วยปรับปรุงจลนศาสตร์การถ่ายโอนประจุบน VO2+/VO2+35สิ่งนี้ชี้ให้เห็นว่าปฏิกิริยาเชิงบวกอาจขึ้นอยู่กับค่าการนำไฟฟ้าของอิเล็กโทรด (พันธะ C=C)18,24,35,36,37 มากกว่าเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงในเรขาคณิตการประสานงานระหว่าง [VO(H2O)5]2+ และ [VO2(H2O)4]+ C76 ยังสามารถลดการตอบสนองมากเกินไปโดยการลดพลังงานของเนื้อเยื่ออย่างไรก็ตาม อาจใช้อิเล็กโทรด HWO ไม่ได้
(a) พฤติกรรมโวลแทมเมทริกแบบวงจรของคอมโพสิต UCC และ HWO-C76 ที่มีอัตราส่วน HWO:C76 ที่แตกต่างกันในปฏิกิริยา VO2+/VO2+ ในอิเล็กโทรไลต์ 0.1 M VOSO4/1 M H2SO4 + 1 M HCl (ที่ ν = 5 mV/s)(b) Randles-Sevchik และ (c) วิธี VO2+/VO2+ ของ Nicholson สำหรับการประมาณประสิทธิภาพการแพร่กระจายและรับค่า k0 ​​(d)
HWO-50% C76 ไม่เพียงแสดงฤทธิ์ทางไฟฟ้าเกือบจะเหมือนกับ C76 สำหรับปฏิกิริยา VO2+/VO2+ แต่ที่น่าสนใจกว่านั้น มันยังยับยั้งวิวัฒนาการของก๊าซคลอรีนเพิ่มเติมเมื่อเปรียบเทียบกับ C76 ดังแสดงในรูป6a นอกเหนือจากการแสดงครึ่งวงกลมที่เล็กกว่าในรูปแล้ว6 ก. (RCT ล่าง)C76 แสดง Ipa/Ipc ที่ชัดเจนสูงกว่า HWO-50% C76 (ตาราง S3) ไม่ได้เกิดจากการผันกลับของปฏิกิริยาที่ดีขึ้น แต่เนื่องจากการทับซ้อนกับจุดสูงสุดของการลดคลอรีนที่ 1.2 V เมื่อเปรียบเทียบกับ SHEประสิทธิภาพที่ดีที่สุดของ HWO-50% C76 เกิดจากการประสานกันระหว่าง C76 ที่มีประจุไฟฟ้าลบสูง กับฟังก์ชันความสามารถในการเปียกน้ำและตัวเร่งปฏิกิริยาสูงของ W-OH บน HWOแม้ว่าการปล่อยคลอรีนน้อยลงจะปรับปรุงประสิทธิภาพการชาร์จของทั้งเซลล์ แต่จลนพลศาสตร์ที่ได้รับการปรับปรุงจะเพิ่มประสิทธิภาพของแรงดันไฟฟ้าเต็มเซลล์
ตามสมการ S1 สำหรับปฏิกิริยากึ่งผันกลับได้ (การถ่ายโอนอิเล็กตรอนค่อนข้างช้า) ที่ควบคุมโดยการแพร่ กระแสสูงสุด (IP) ขึ้นอยู่กับจำนวนอิเล็กตรอน (n) พื้นที่อิเล็กโทรด (A) สัมประสิทธิ์การแพร่ (D) จำนวน ของค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายโอนอิเล็กตรอน (α) และความเร็วในการสแกน (ν)เพื่อศึกษาพฤติกรรมการควบคุมการแพร่กระจายของวัสดุที่ทดสอบ ความสัมพันธ์ระหว่าง IP และ ν1/2 ถูกพล็อตและแสดงในรูปที่ 6bเนื่องจากวัสดุทั้งหมดแสดงความสัมพันธ์เชิงเส้น ปฏิกิริยาจึงถูกควบคุมโดยการแพร่เนื่องจากปฏิกิริยา VO2+/VO2+ สามารถย้อนกลับได้เสมือน ความชันของเส้นจึงขึ้นอยู่กับสัมประสิทธิ์การแพร่และค่าของ α (สมการ S1)เนื่องจากค่าสัมประสิทธิ์การแพร่กระจายคงที่ (ประมาณ 4 × 10–6 ซม.2/วินาที)52 ความแตกต่างในความชันของเส้นตรงบ่งบอกถึงค่าที่แตกต่างกันของ α และด้วยเหตุนี้ อัตราการถ่ายโอนอิเล็กตรอนที่แตกต่างกันไปยังพื้นผิวอิเล็กโทรด โดยที่ C76 และ HWO -50 % C76 แสดงความลาดชันสูงสุด (อัตราการถ่ายโอนอิเล็กตรอนสูงสุด)
ความลาดชัน Warburg ความถี่ต่ำ (W) ที่คำนวณได้ที่แสดงในตาราง S3 (รูปที่ 6d) มีค่าใกล้เคียงกับ 1 สำหรับวัสดุทั้งหมด ซึ่งบ่งบอกถึงการแพร่กระจายของอนุภาครีดอกซ์ที่สมบูรณ์แบบ และยืนยันพฤติกรรมเชิงเส้นของ IP เทียบกับ ν1/2 สำหรับ CVการวัดสำหรับ HWO-50% C76 ความชันของ Warburg เบี่ยงเบนจากเอกภาพเป็น 1.32 ซึ่งบ่งชี้ถึงการมีส่วนร่วมไม่เพียงแต่จากการแพร่กระจายของสารตั้งต้น (VO2+) แบบกึ่งอนันต์เท่านั้น แต่ยังอาจเป็นพฤติกรรมของชั้นบางในพฤติกรรมการแพร่กระจายเนื่องจากความพรุนของอิเล็กโทรดอีกด้วย
เพื่อวิเคราะห์เพิ่มเติมเกี่ยวกับการผันกลับได้ (อัตราการถ่ายโอนอิเล็กตรอน) ของปฏิกิริยารีดอกซ์ VO2+/VO2+ ยังได้ใช้วิธีการปฏิกิริยากึ่งผันกลับได้ของ Nicholson เพื่อกำหนดค่าคงที่อัตรามาตรฐาน k041.42 อีกด้วยสิ่งนี้ทำได้โดยการพล็อตพารามิเตอร์จลน์ไร้มิติ Ψ เป็นฟังก์ชันของ ΔEp เป็นฟังก์ชันของ ν−1/2 โดยใช้สมการ S2ตารางที่ S4 แสดงค่า Ψ ผลลัพธ์สำหรับวัสดุอิเล็กโทรดแต่ละชนิดพล็อตผลลัพธ์ (รูปที่ 6c) เพื่อให้ได้ k0 × 104 cm/s (เขียนไว้ถัดจากแต่ละแถวและนำเสนอในตาราง S4) โดยใช้สมการ S3 สำหรับความชันของแต่ละพล็อตพบว่า HWO-50% C76 มีความชันสูงสุด (รูปที่ 6c) และด้วยเหตุนี้ค่า k0 สูงสุดคือ 2.47 × 10–4 ซม./วินาทีซึ่งหมายความว่าอิเล็กโทรดนี้ให้จลนศาสตร์ที่เร็วที่สุดซึ่งสอดคล้องกับผลลัพธ์ CV และ EIS ในรูปที่ 6a และ d และตาราง S3นอกจากนี้ ยังได้รับค่า k0 จากแผน Nyquist (รูปที่ 6d) ของสมการ S4 โดยใช้ค่า RCT (ตาราง S3)ผลลัพธ์ k0 จาก EIS เหล่านี้สรุปไว้ในตาราง S4 และยังแสดงให้เห็นว่า HWO-50% C76 มีอัตราการถ่ายโอนอิเล็กตรอนสูงสุดเนื่องจากผลเสริมฤทธิ์กันแม้ว่าค่า k0 จะแตกต่างกันเนื่องจากที่มาของแต่ละวิธีที่แตกต่างกัน แต่ก็ยังแสดงลำดับความสำคัญที่เท่ากันและแสดงความสอดคล้องกัน
เพื่อให้เข้าใจจลนศาสตร์ที่ดีเยี่ยมที่สามารถทำได้อย่างถ่องแท้ สิ่งสำคัญคือต้องเปรียบเทียบวัสดุอิเล็กโทรดที่เหมาะสมกับอิเล็กโทรด UCC และ TCC ที่ไม่มีฉนวนสำหรับปฏิกิริยา VO2+/VO2+ นั้น HWO-C76 ไม่เพียงแสดงค่า ΔEp ต่ำสุดและการผันกลับได้ดีกว่าเท่านั้น แต่ยังระงับปฏิกิริยาวิวัฒนาการของคลอรีนปรสิตอย่างมีนัยสำคัญเมื่อเปรียบเทียบกับ TCC ตามที่ระบุโดยกระแสไฟตกที่มีนัยสำคัญที่ 1.45 V เมื่อเปรียบเทียบกับดู OHA (รูปที่. 7ก)ในแง่ของความเสถียร เราสันนิษฐานว่า HWO-50% C76 มีความเสถียรทางกายภาพเนื่องจากตัวเร่งปฏิกิริยาผสมกับสารยึดเกาะ PVDF แล้วนำไปใช้กับอิเล็กโทรดผ้าคาร์บอนเมื่อเปรียบเทียบกับ 50 มิลลิโวลต์สำหรับ UCC, HWO-50% C76 แสดงการเปลี่ยนแปลงจุดสูงสุดที่ 44 มิลลิโวลต์หลังจาก 150 รอบ (อัตราการย่อยสลาย 0.29 มิลลิโวลต์/รอบ) (รูปที่ 7b)อาจมีความแตกต่างไม่มากนัก แต่จลนพลศาสตร์ของอิเล็กโทรด UCC จะช้ามากและลดลงเมื่อมีการหมุนเวียน โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับปฏิกิริยากลับแม้ว่าความสามารถในการกลับตัวของ TCC จะดีกว่า UCC มาก แต่พบว่า TCC มีการเคลื่อนตัวสูงสุดขนาดใหญ่ที่ 73 mV หลังจาก 150 รอบ ซึ่งอาจเนื่องมาจากคลอรีนจำนวนมากที่ถูกปล่อยออกมาจากพื้นผิวเพื่อให้แน่ใจว่าตัวเร่งปฏิกิริยาเกาะติดกับพื้นผิวอิเล็กโทรดได้ดีดังที่เห็นได้จากอิเล็กโทรดทั้งหมดที่ทดสอบ แม้แต่อิเล็กโทรดที่ไม่มีตัวเร่งปฏิกิริยาที่รองรับก็ยังมีระดับความไม่เสถียรในการปั่นจักรยานที่แตกต่างกัน ซึ่งบ่งชี้ว่าการเปลี่ยนแปลงของการแยกจุดสูงสุดระหว่างการปั่นจักรยานนั้นเกิดจากการหยุดการทำงานของวัสดุเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงทางเคมีมากกว่าการแยกตัวเร่งปฏิกิริยานอกจากนี้ หากอนุภาคตัวเร่งปฏิกิริยาจำนวนมากถูกแยกออกจากพื้นผิวอิเล็กโทรด สิ่งนี้จะนำไปสู่การเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญของการแยกจุดสูงสุด (ไม่เพียงแต่ 44 mV) เนื่องจากซับสเตรต (UCC) ค่อนข้างไม่ทำงานสำหรับ VO2+/VO2+ ปฏิกิริยารีดอกซ์
การเปรียบเทียบ CV (a) และความเสถียรของปฏิกิริยารีดอกซ์ VO2+/VO2+ (b) ของวัสดุอิเล็กโทรดที่เหมาะสมที่สุดโดยสัมพันธ์กับ CCCในอิเล็กโทรไลต์ 0.1 M VOSO4/1 M H2SO4 + 1 M HCl CV ทั้งหมดจะเท่ากับ ν = 5 mV/s
เพื่อเพิ่มความน่าดึงดูดทางเศรษฐกิจของเทคโนโลยี VRFB การปรับปรุงและทำความเข้าใจจลนศาสตร์ของปฏิกิริยารีดอกซ์วาเนเดียมถือเป็นสิ่งสำคัญในการบรรลุประสิทธิภาพการใช้พลังงานในระดับสูงคอมโพสิต HWO-C76 ถูกเตรียมขึ้นและผลทางไฟฟ้าของพวกมันต่อปฏิกิริยา VO2+/VO2+ ถูกศึกษาHWO แสดงการเพิ่มประสิทธิภาพจลน์เพียงเล็กน้อย แต่ยับยั้งการวิวัฒนาการของคลอรีนในอิเล็กโทรไลต์ที่เป็นกรดผสมอย่างมีนัยสำคัญอัตราส่วนต่างๆ ของ HWO:C76 ถูกนำมาใช้เพื่อปรับจลนพลศาสตร์ของอิเล็กโทรดที่ใช้ HWO ให้เหมาะสมยิ่งขึ้นการเพิ่มปริมาณ C76 เป็น HWO สามารถปรับปรุงจลนพลศาสตร์การถ่ายโอนอิเล็กตรอนของปฏิกิริยา VO2+/VO2+ บนอิเล็กโทรดที่ถูกดัดแปลง ซึ่ง HWO-50% C76 เป็นวัสดุที่ดีที่สุด เนื่องจากจะลดความต้านทานการถ่ายโอนประจุและยับยั้งการวิวัฒนาการของก๊าซคลอรีนเพิ่มเติมเมื่อเทียบกับ C76.และ TCC ได้รับการเผยแพร่แล้วนี่เป็นเพราะผลการทำงานร่วมกันระหว่างกลุ่มฟังก์ชัน C=C sp2, OH และ W-OHอัตราการย่อยสลายของ HWO-50% C76 อยู่ที่ 0.29mV/รอบภายใต้การหมุนหลายครั้ง ในขณะที่ UCC และ TCC อยู่ที่ 0.33mV/รอบ และ 0.49mV/รอบ ตามลำดับ ทำให้มีความเสถียรมากในอิเล็กโทรไลต์กรดผสมผลลัพธ์ที่นำเสนอประสบความสำเร็จในการระบุวัสดุอิเล็กโทรดประสิทธิภาพสูงสำหรับปฏิกิริยา VO2+/VO2+ ที่มีจลนศาสตร์ที่รวดเร็วและความเสถียรสูงสิ่งนี้จะเพิ่มแรงดันไฟเอาท์พุต ซึ่งจะช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพการใช้พลังงานของ VRFB ซึ่งจะช่วยลดต้นทุนในเชิงพาณิชย์ในอนาคต
ชุดข้อมูลที่ใช้และ/หรือวิเคราะห์ในการศึกษาปัจจุบันสามารถหาได้จากผู้เขียนตามลำดับเมื่อมีการร้องขอที่สมเหตุสมผล
ลูเดอเรอร์ จี. และคณะการประมาณพลังงานลมและพลังงานแสงอาทิตย์ในสถานการณ์พลังงานคาร์บอนต่ำทั่วโลก: บทนำเศรษฐศาสตร์พลังงาน.64, 542–551.https://doi.org/10.1016/j.eneco.2017.03.027 (2017)
Lee, HJ, Park, S. และ Kim, H. การวิเคราะห์ผลของการสะสม MnO2 ต่อประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ไหลรีดอกซ์แมงกานีสวานาเดียมเจ. เคมีไฟฟ้า.สังคม.165(5), A952-A956.https://doi.org/10.1149/2.0881805jes (2018)
Shah, AA, Tangirala, R., Singh, R., Wills, RGA และ Walsh, แบบจำลองเซลล์หน่วย FK Dynamic สำหรับแบตเตอรี่ไหลรีดอกซ์วานาเดียมทั้งหมดเจ. เคมีไฟฟ้า.สังคม.158(6), A671.https://doi.org/10.1149/1.3561426 (2011)
Gandomi, YA, Aaron, DS, Zawodzinski, TA และ Mench, MM แบบจำลองการวัดและการตรวจสอบการกระจายตัวที่เป็นไปได้ในแหล่งกำเนิดสำหรับแบตเตอรี่ไหลรีดอกซ์วานาเดียมทั้งหมดเจ. เคมีไฟฟ้า.สังคม.163(1), A5188-A5201.https://doi.org/10.1149/2.0211601jes (2016)
Tsushima, S. และ Suzuki, T. การสร้างแบบจำลองและการจำลองของแบตเตอรี่วานาเดียมรีดอกซ์พร้อมสนามฟลักซ์แบบแยกส่วนเพื่อปรับโครงสร้างอิเล็กโทรดให้เหมาะสมเจ. เคมีไฟฟ้า.สังคม.167(2), 020553. https://doi.org/10.1149/1945-7111/ab6dd0 (2020)
Sun, B. และ Skillas-Kazakos, M. การดัดแปลงวัสดุอิเล็กโทรดกราไฟท์สำหรับการใช้งานในแบตเตอรี่วาเนเดียมรีดอกซ์ – I. การอบชุบด้วยความร้อนเคมีไฟฟ้าอักตา 37(7), 1253–1260https://doi.org/10.1016/0013-4686(92)85064-R (1992)
Liu, T. , Li, S. , Zhang, H. และ Chen, J. ความก้าวหน้าในวัสดุอิเล็กโทรดเพื่อปรับปรุงความหนาแน่นของพลังงานในแบตเตอรี่ไหลวาเนเดียม (VFB)เจ. เคมีพลังงาน.27(5), 1292–1303.https://doi.org/10.1016/j.jechem.2018.07.003 (2018)
หลิว QH และคณะเซลล์ไหลรีดอกซ์วานาเดียมประสิทธิภาพสูงพร้อมการกำหนดค่าอิเล็กโทรดที่เหมาะสมและการเลือกเมมเบรนเจ. เคมีไฟฟ้า.สังคม.159(8), A1246-A1252.https://doi.org/10.1149/2.051208jes (2012)
Wei, G. , Jia, K. , Liu, J. , และ Yang, K. อิเล็กโทรดตัวเร่งปฏิกิริยาคาร์บอนนาโนทิวบ์คอมโพสิตที่มีคาร์บอนรองรับการใช้งานแบตเตอรี่วานาเดียมรีดอกซ์เจ. แหล่งจ่ายไฟ220, 185-192.https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2012.07.081 (2012)
Moon, S. , Kwon, BV, Chang, Y. และ Kwon, Y. ผลของบิสมัทซัลเฟตที่สะสมบน CNT ที่เป็นกรดต่อประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ไหลวาเนเดียมรีดอกซ์เจ. เคมีไฟฟ้า.สังคม.166(12), A2602.https://doi.org/10.1149/2.1181912jes (2019)
หวง ร.-H.รอ.อิเล็กโทรดแบบแอคทีฟที่ดัดแปลงด้วยท่อนาโนคาร์บอนแพลตตินัม/หลายผนังสำหรับแบตเตอรี่ไหลวานาเดียมรีดอกซ์เจ. เคมีไฟฟ้า.สังคม.159(10), A1579.https://doi.org/10.1149/2.003210jes (2012)
แต่ส. และคณะแบตเตอรี่ไหลรีดอกซ์วานาเดียมใช้เครื่องเร่งปฏิกิริยาด้วยไฟฟ้าที่ประดับด้วยท่อนาโนคาร์บอนเจือไนโตรเจนที่ได้มาจากโครงออร์แกโนเมทัลลิกเจ. เคมีไฟฟ้า.สังคม.165(7), A1388.https://doi.org/10.1149/2.0621807jes (2018)
ข่านพีและคณะแผ่นนาโนกราฟีนออกไซด์เป็นวัสดุออกฤทธิ์ทางเคมีไฟฟ้าที่ดีเยี่ยมสำหรับคู่รีดอกซ์ VO2+/ และ V2+/V3+ สำหรับแบตเตอรี่ไหลรีดอกซ์วานาเดียมคาร์บอน 49(2), 693–700https://doi.org/10.1016/j.carbon.2010.10.022 (2011)
กอนซาเลซ, Z. และคณะประสิทธิภาพทางเคมีไฟฟ้าที่ดีเยี่ยมของกราไฟท์ดัดแปลงด้วยกราฟีนสำหรับแบตเตอรี่วาเนเดียมรีดอกซ์เจ. แหล่งจ่ายไฟ338, 155-162.https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2016.10.069 (2017)
González Z., Vizirianu S., Dinescu G., Blanco S. และ Santamaria R. ฟิล์มนาโนวอลล์คาร์บอนเป็นวัสดุอิเล็กโทรดที่มีโครงสร้างนาโนในแบตเตอรี่ไหลรีดอกซ์วานาเดียมพลังงานนาโน 1(6), 833–839https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2012.07.003 (2012).
Opar DO, Nankya R., Lee J. และ Yung H. คาร์บอน mesoporous ที่ดัดแปลงด้วยกราฟีนสามมิติให้ความรู้สึกสำหรับแบตเตอรี่ไหลรีดอกซ์วานาเดียมประสิทธิภาพสูงเคมีไฟฟ้าพระราชบัญญัติ 330, 135276 https://doi.org/10.1016/j.electacta.2019.135276 (2020)