DOI:10.1016/j.apenergy.2020.115235
提高電極的傳輸性能并擴大其比表面積是實現高功率密度水性氧化還原液流電池的關鍵。在這項工作中，研究者通過在定向電紡碳纖維表面上原位生長一層碳納米纖維來設計和制備分層有序的碳纖維（CNF-AECF）電極。定向宏觀結構提供了電解質傳輸途徑，而高度多孔的碳納米纖維層提供了高達108 m2 g-1的大比表面積，為氧化還原反應提供了豐富的活性位點。循環伏安法測試顯示，在10 mV s-1的掃描速率下，負極峰電位分離從92.77 mV降低至55.01 mV，而正極峰電位分離從92.77 mV降低至88.65 mV。將所制備的材料用作釩氧化還原液流電池的正極，在300 mA cm-2的電流密度下，能量效率為80.1％，在400 mA cm-2的電流密度下，能量效率為75.0％，與原始電紡碳纖維電極相比，分別提高了5.0％和6.6％。研究結果表明，自制的碳電極具有合理的幾何結構和表面性質，有望實現水性氧化還原液流電池的高功率密度。
圖1.CNF-AECF電極的合成示意圖。
圖2.（a）PAN/PVP聚合物溶液的噴射路徑，（b）初紡PAN/PVP氈的數碼照片，（c）PAN/PVP纖維宏觀結構的SEM圖像，（d）PAN/PVP/Ni（NO3）2溶液的噴射路徑，（e）初紡PAN/PVP/Ni（NO3）2氈的數碼照片，（f）初紡墊子定向結構的宏觀結構。
圖3.（a）-（c）ECF電極的SEM圖像，（d）-（f）CNF-AECF電極的SEM圖像，以及（g）酸洗后CNF-AECF纖維的SEM圖像，（h）CNF-AECF纖維的TEM圖像，（i）酸洗后CNF的高分辨率TEM圖像。
圖4.（a）CNF-AECF和ECF樣品的N2吸附/解吸等溫線、（b）孔徑分布和（c）雙層電容。
圖5.（a）CNF-AECF和ECF樣品的XRD圖、（b）拉曼光譜、（c）XPS全掃描、（d）高分辨率C 1s、（e）高分辨率N 1s和（f）高分辨率O 1s光譜。
圖6.（a）CNF-AECF和ECF電極在10 mV s-1掃描速率下的正極側CV比較，（b）CNF-AECF電極和（c）ECF電極在不同掃描速度下對VO2+/VO2+氧化還原反應的CV曲線，（d）不同掃描速度下，正極電流與負極電流（Ipc/Ipa）的比率，（e）峰值電流與掃描率平方根的關系，以及（f）負極側EIS比較。
圖7.兩端帶有CNF-AECF正極和ECF電極的電池的充放電曲線，（a）電流密度為200 mA cm -2，SOC分別為12-93％和17-87％，（b）電流密度為300 mA cm-2，SOC分別為16-87％和26-79％，以及（c）電流密度為400 mA cm-2，SOC分別為20-78％和34–61％，（d）兩個電池在不同電流密度下的CE、VE、（e）EE和（f）放電容量。
圖8.（a）在500個循環中，電流密度為200 mA cm-2時，帶有CNF-AECF正極的電池的CE、VE和EE以及（b）比容量。
