DOI:10.1016/j.jpowsour.2020.228441

本文报告了一种用静电纺纳米和微米级碳纤维制备的新型水性氧化还原液流电池电极。直径约10μm的较大纤维形成较大的孔，以提供电解质流动的路径，而直径约1μm的较小纤维则增加了氧化还原反应的活性表面积。Brunauer-Emmett-Teller和压降测试表明，所制备的双直径电极的比表面积是大纤维电极的两倍，而预计的渗透率比小纤维电极提高了1.4倍。将双直径电极应用于钒氧化还原液流电池可使电池在100 mA cm-2的电流密度下达到84.78％的能量效率，比小纤维电极高13.75％，比大纤维电极高3.91％。即使在200 mA cm-2的高电流密度下，含所制备电极的电池仍可以保持74.18％的能量效率，这比大纤维电极高5.5％，而小纤维电极的电池不能在这么高的电流密度下工作。这种双直径纤维结构为水性氧化还原液流电池的电极设计提供了灵感。

图1.（a）静电纺丝过程示意图和用电荷耦合器件（CCD）相机记录的喷射路径。（b）单纳米级纤维、微米级纤维和双直径纤维结构的示意图。

图2.（a）在不同的静电纺丝条件下的射流路径模式的统计数据（相对湿度和收集器的转速）。（b）单纤维模式喷射路径的图像，（c）纤维束模式喷射路径的图像。（d1）-（d5）射流路径从“束型”模式转换为“单纤维型”模式的图像。

图3.所制备双直径电极的SEM图像：ECF-0，ECF-30，ECF-50，ECF-60，ECF70，ECF-90。

图4.（a）所有样品的氮气吸附/解吸等温线。（b）所制备样品的孔径分布。（c）六个样品在不同流速下的压降曲线。

图5.（a）所制备样品的拉曼光谱、（b）XPS全扫描、（c）高分辨率N1s光谱、（d）高分辨率O1s光谱、（e）元素含量、（f）指定氧含量和氮含量。

图6.（a）–（e）以ECF0〜ECF-60样品为电极，电流密度为60、80、100、150和200 mA cm-2时，VRFB的充放电曲线。（f）使用ECF0〜ECF-60电极的VRFB的极化曲线。

图7.（a）-（e）含ECF-60、ECF-70和ECF-90电极的VRFB在电流密度分别为60、80、100、150和200 mA cm-2时的充放电曲线。（f）使用ECF60〜ECF-90电极的VRFB的极化曲线。

图8.含所制备电极的VRFB在不同电流密度下的（a）CE和VE、（b）EE、（c）放电容量。（d）含ECF-60电极的VRFB在电流密度为100 mA cm-2时的循环性能。