DOI:10.1016/j.electacta.2020.137178
本研究采用原位碳熱反應和靜電紡絲技術，在不借助粘合劑的情況下，將碳化鎢（WC）納米顆粒催化劑均勻地嵌入碳納米纖維（CNF）中，制備出CNF/WC復合材料，作為釩氧化還原液流電池（VRFB）的雙功能電極。以鎢酸銨為鎢酸鹽源，制備出由不同含量WC（CNF/WC-05，CNF/WC-10和CNF/WC-20）組成的CNF/WC復合材料。鎢酸銨在高溫下分解為三氧化鎢，然后通過隨溫度升高的原位碳熱反應將其轉化為WC。由于WC納米顆粒能夠增加釩氧化還原反應的活性中心，CNF/WC復合材料的電化學性能得到了增強。與CNF相比，CNF/WC-10在V3+/V2+氧化還原反應中表現出最佳的電化學性能，并且提高了VO2+/VO2+氧化還原反應的電化學性能。使用CNF/WC-10作為雙功能電極的電池顯示出更高的能量存儲性能，包括更高的能量效率和放電容量。與原始電池相比，使用CNF/WC-10的電池在50 mA cm-2的50次充放電操作中顯示出更好的穩定性。特別是在高電流密度下，與原始電池相比，使用CNF/WC-10的電池在能量和電壓效率方面均有所提高，這表明CNF/WC-10電極降低了電池的電化學極化。在150 mA cm-2下，與原始電池（61.1％）相比，使用CNF/WC-10的電池的能量效率提高了7.2％。總體而言，結果表明WC在釩氧化還原反應中具有出色的電化學性能，并為在未來VRFB研究中探索碳化物催化劑提供了指導。
圖1.碳化鎢納米粒子嵌入電紡碳納米纖維的合成過程示意圖。
圖2.CNF和CNF/WC-10的XRD光譜。
圖3.CNF（a，b），CNF/WC-05（c，d），CNF/WC-10（e，f）和CNF/WC-20（g，h）樣品的SEM圖像。
圖4.CNF/WC-10的TEM（a）和高分辨率TEM（b）圖像。
圖5.CNF和CNF/WC-10的XPS全掃描光譜（a），CNF/WC-10的XPS W4f的曲線擬合光譜（b）。
圖6.CNF和CNF/WC樣品的TGA曲線。
圖7.掃描速率為10 mV s-1時，CNF、CNF/WC-05、CNF/WC-10和CNF/WC-20在1.6 mol L-1 V3++3.0 mol L-1 H2SO4電解質中的CV曲線（a），相應峰值電流密度的比較（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掃描速率下的CV曲線。
圖8.極化電勢為-0.45V時，CNF、CNF/WC-05、CNF/WC-10和CNF/WC-20在負反應中的奈奎斯特圖（a），相應的等效電路（b）。
圖9.掃描速度為10 mV s-1時CNF和CNF/WC-10的CV曲線（a），在1.6 mol L-1 VO2++3.0 mol L-1 H2SO4中極化電位為0.9V時CNF和CNF/WC-10的奈奎斯特圖（b）。
圖10.原始電池和使用CNF/WC-10的電池在50、75、100、125和150 mA cm-2下的放電容量（a）和效率（b）。
圖11.原始電池（a）和使用CNF/WC-10的電池（b）在不同電流密度下的充放電曲線，比較相應的平均放電電壓（c）。
圖12.原始電池和使用CNF/WC-10的電池在50 mA cm-2下進行50個循環的放電容量（a）和效率（b）。
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