DOI:10.1016/j.scib.2020.12.019
制備具有大比表面積（SSA）和高滲透性的電極一直是氧化還原液流電池（RFB）的目標。在這項工作中，研究者提出了一種新穎的ZIF-8輔助蝕刻方法，以在定向電極結構的靜電紡絲過程中形成多孔纖維。蝕刻方法可以形成孔徑約為50nm的多孔纖維，為氧化還原反應提供較大的活性表面積，而直徑為3-5μm的多孔纖維定向宏觀結構確保了沿纖維方向的高滲透性。將制備的電極應用于釩氧化還原液流電池（VRFB），在200 mA cm-2的電流密度下可實現87.2％的能量效率（EE），比傳統的電紡碳電極高13.3％。即使在300和400 mA cm-2的高電流密度下，電池仍可保持83.3％和79.3％的能量效率。更令人興奮的是，所制備的電極可產生4500 mA cm-2的高極限電流密度和1.6 W cm-2的峰值功率密度。靜電紡絲法結合ZIF-8輔助蝕刻方法以及形成有序纖維結構的方法有望為RFBs提供更高性能的電極。
圖1.（a）通過原位生長ZIF-8納米粒子并在熱解過程中進行蝕刻來合成PAECF。（b）示意圖說明了所制備的PAECF的結構和功能。
圖2.（a）PAN/ZIF-8纖維的SEM圖像，（b）TEM圖像和（c）元素映射。（d）纖維表面上ZIF-8顆粒的高分辨率TEM圖像。（e）ZIF-8的高分辨率圖像。（f）ZIF-8的XRD圖。（g）多孔碳纖維的SEM圖像和（h）TEM圖像。（i）多孔碳纖維的元素圖。
圖3.（a1）DECF和（a2）單DECF的宏觀形態SEM圖像。（b1）AECF和（b2）單AECF的宏觀形態SEM圖像。（c1）初紡PAN/Zn（NO3）2致密纖維，（c2），（c3）PAN/ZIF-8致密纖維和（c4）原位蝕刻后PDECF的宏觀形態SEM圖像。（d1）初紡PAN/Zn（Ac）2定向纖維，（d2），（d3）PAN/ZIF-8定向纖維，（d4）原位蝕刻后PAECF的宏觀形態SEM圖像。（e）所制備電極的N2吸附/解吸等溫線和（f）大孔尺寸分布。
圖4.在20 mV s-1下，DECF、AECF、PDECF和PAECF的（a）V3+/V2+和（b）VO2+/VO2+的CV曲線。（c）正峰值電流和（d）負峰值電流與掃描速率平方根的關系圖。EIS在（e）-0.5V和（f）0.9V下相對于SCE的曲線圖。
圖5.帶有DECF、AEECF、PDECF和PAECF電極的電池在（a）100，（b）200和（c）300 mA cm-2下的充放電曲線。（d）帶有DECF、AECF、PDECF和PAECF電極的電池在不同電流密度下的CE和VE，（e）EE，（f）平均充放電電壓，（g）放電容量，（h）極化曲線和（i）功率密度。
圖6.使用PAECF電極的VRFB在200 mA cm-2的電流密度下的循環性能。
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