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釩氧化還原液流電池 (VRFB) 因其通過在負極和正極上使用相同元素消除了交叉污染而獲得了廣泛關注。然而，目前的 VRFB 成本太高，這推動了廣泛的研究工作以降低成本，包括探索新型氧化還原對、關鍵組件替代材料的合成和系統優化等。

圖1. PCNF-AECF的合成

在此，香港科技大學趙天壽院士等人報告了一種新型電極，由微尺度對齊的電紡碳纖維（ECF）(AECFs)與多孔碳納米纖維(PCNFs)通過雙噴嘴靜電紡絲的方法編織而成。

AECF 支架源自聚丙烯腈 (PAN) 溶液，而PCNF使用聚乙烯醇 (PVA) -聚四氟乙烯 (PTFE) 乳液制造，其中 PVA 作為碳源并與成孔劑PTFE物理交聯。AECFs為電解液流動提供了有效的途徑并促進了面內方向的均勻分布，而 PCNFs為氧化還原反應提供了豐富的活性表面積。

圖2. LBM 模擬幾何結構對電解液流動和電池性能的影響

因此，新開發的PCNF-AECF電極使VRFB 在400 mA cm^-2的電流密度下實現 79.3% 的能量效率，比純PCNF高 9.9%，比純AECFs高14.1%。更令人印象深刻的是，該電池能夠提供高達~1.9 W cm^-2的峰值功率密度和~5000 mA cm^-2的極限電流密度。

這些結果表明，在對齊的微纖維之間交織多孔碳納米纖維的策略有效地解決了多孔電極的滲透性和表面積之間的矛盾，為制造用于釩氧化還原液流電池的高性能電極開辟了新領域。

圖3. 具有PCNF-AECF-2電極的VRFB的電化學性能

Aligned Microfibers Interweaved with Highly Porous Carbon Nanofibers: A Novel Electrode for High-power Vanadium Redox Flow Batteries, Energy Storage Materials 2021. DOI: 10.1016/j.ensm.2021.08.034

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趙天壽院士EnSM: 一種用于高功率釩氧化還原液流電池的新型電極

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