DOI:10.1016/j.ijhydene.2020.02.177
電紡碳纖維具有豐富的電活性位點，但作為釩氧化還原液流電池的電極，其傳質阻力大。為了在保持較大比表面積的同時降低傳質阻力，通過改變前驅體濃度來制備具有不同結構特性（包括孔徑和孔分布）的電紡碳纖維。將聚丙烯腈濃度從9wt%增加到18wt%可得到平均直徑從0.28 mm到1.82 mm的碳化纖維。同時，在保持孔隙率高于82%的情況下，中孔直徑幾乎從1.32 mm線性增加到9.05 mm。隨后的電活性評估和全電池測試表明，釩離子通過纖維直徑較大的電極的質量輸運明顯改善，但不會破壞電化學活性。結果表明，采用這些電極的液流電池在300 mA cm-2時，能量效率為79%，電解液利用率為74%。因此，這些結果消除了電紡碳纖維作為氧化還原液流電池電極時的傳質問題，并指導了電紡碳纖維的未來發展。
圖1.不同電紡碳纖維的典型SEM圖像：PAN 9（a）、PAN 12（b）、PAN 15（c）和PAN 18（d），不同碳納米纖維的纖維直徑分布，（a）至（d）中的比例尺：2μm。
圖2.前驅體濃度對纖維直徑（a）、比表面積（b）和孔徑分布（c）的影響；纖維直徑對中值孔徑的影響（d）。（b）中的插圖顯示了不同碳纖維的氮氣吸附和解吸等溫線。（c）中的插圖顯示了通過壓汞法測得的孔隙率。
圖3.不同電紡碳纖維的拉曼光譜（a），PAN 9拉曼光譜的典型反卷積分析（b）。
圖4.不同電紡碳纖維的XPS光譜（a），不同電紡碳纖維中的氧和氮含量（b），不同電紡碳纖維的O 1s光譜（c）和N 1s光譜（d）的反卷積。
圖5.（a）面電阻測量設置示意圖，（b）用于面電阻測量的極化曲線。插圖顯示了計算出的面電阻。
圖6.不同電紡碳纖維在3 M H2SO4（氮飽和）中的CV曲線（a）和通過不同方法計算的表面積（b）。
圖7.（a）不同電紡碳纖維在0.1 M V（IV）+3 M H2SO4（氮飽和）中的CV曲線。掃描速率為5 mV s-1。（b）不同電紡碳纖維的V（IV）氧化反應的峰值電流。（c）不同電紡碳纖維在0.1 M V（IV）+3 M H2SO4（氮飽和）中的奈奎斯特圖。交流阻抗譜是在相對于Ag/AgCl約為+0.85 V的條件下測量的。（d）釩在多孔電極中擴散所涉及的溶液電阻、電荷轉移電阻和導納的關系。（c）中的插圖是在高頻區域放大的奈奎斯特圖。
圖8.（a）含不同電紡碳纖維的釩氧化還原液流電池的極化曲線和功率密度曲線。充電狀態（SOC）為100%。（b）在電流密度為100 mA cm-2下，含不同電紡碳纖維的釩氧化還原液流電池的充放電曲線。插圖顯示了在低電流密度（10 mA cm-2）下測得的不同SOCs下的開路電壓。（c）在不同電流密度下，釩氧化還原液流電池的放電容量與循環次數的關系。（d）含不同電紡碳纖維的釩氧化還原液流電池在不同電流密度下的能效。
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