DOI:10.1016/j.electacta.2020.137178

本研究采用原位碳热反应和静电纺丝技术，在不借助粘合剂的情况下，将碳化钨（WC）纳米颗粒催化剂均匀地嵌入碳纳米纤维（CNF）中，制备出CNF/WC复合材料，作为钒氧化还原液流电池（VRFB）的双功能电极。以钨酸铵为钨酸盐源，制备出由不同含量WC（CNF/WC-05，CNF/WC-10和CNF/WC-20）组成的CNF/WC复合材料。钨酸铵在高温下分解为三氧化钨，然后通过随温度升高的原位碳热反应将其转化为WC。由于WC纳米颗粒能够增加钒氧化还原反应的活性中心，CNF/WC复合材料的电化学性能得到了增强。与CNF相比，CNF/WC-10在V3+/V2+氧化还原反应中表现出最佳的电化学性能，并且提高了VO2+/VO2+氧化还原反应的电化学性能。使用CNF/WC-10作为双功能电极的电池显示出更高的能量存储性能，包括更高的能量效率和放电容量。与原始电池相比，使用CNF/WC-10的电池在50 mA cm-2的50次充放电操作中显示出更好的稳定性。特别是在高电流密度下，与原始电池相比，使用CNF/WC-10的电池在能量和电压效率方面均有所提高，这表明CNF/WC-10电极降低了电池的电化学极化。在150 mA cm-2下，与原始电池（61.1％）相比，使用CNF/WC-10的电池的能量效率提高了7.2％。总体而言，结果表明WC在钒氧化还原反应中具有出色的电化学性能，并为在未来VRFB研究中探索碳化物催化剂提供了指导。

图1.碳化钨纳米粒子嵌入电纺碳纳米纤维的合成过程示意图。

图2.CNF和CNF/WC-10的XRD光谱。

图3.CNF（a，b），CNF/WC-05（c，d），CNF/WC-10（e，f）和CNF/WC-20（g，h）样品的SEM图像。

图4.CNF/WC-10的TEM（a）和高分辨率TEM（b）图像。

图5.CNF和CNF/WC-10的XPS全扫描光谱（a），CNF/WC-10的XPS W4f的曲线拟合光谱（b）。

图6.CNF和CNF/WC样品的TGA曲线。

图7.扫描速率为10 mV s-1时，CNF、CNF/WC-05、CNF/WC-10和CNF/WC-20在1.6 mol L-1 V3++3.0 mol L-1 H2SO4电解质中的CV曲线（a），相应峰值电流密度的比较（b），CNF（c），CNF/WC-05（d），CNF/WC-10（e）和CNF/WC-20（f）在10、15、20、25和30 mV s-1扫描速率下的CV曲线。

图8.极化电势为-0.45V时，CNF、CNF/WC-05、CNF/WC-10和CNF/WC-20在负反应中的奈奎斯特图（a），相应的等效电路（b）。

图9.扫描速度为10 mV s-1时CNF和CNF/WC-10的CV曲线（a），在1.6 mol L-1 VO2++3.0 mol L-1 H2SO4中极化电位为0.9V时CNF和CNF/WC-10的奈奎斯特图（b）。

图10.原始电池和使用CNF/WC-10的电池在50、75、100、125和150 mA cm-2下的放电容量（a）和效率（b）。

图11.原始电池（a）和使用CNF/WC-10的电池（b）在不同电流密度下的充放电曲线，比较相应的平均放电电压（c）。

图12.原始电池和使用CNF/WC-10的电池在50 mA cm-2下进行50个循环的放电容量（a）和效率（b）。