Nature.com ला भेट दिल्याबद्दल धन्यवाद. तुम्ही वापरत असलेल्या ब्राउझरच्या आवृत्तीमध्ये CSS साठी मर्यादित समर्थन आहे. सर्वोत्तम अनुभवासाठी, आम्ही शिफारस करतो की तुम्ही अद्ययावत ब्राउझर वापरा (किंवा इंटरनेट एक्सप्लोररमध्ये कॉम्पॅटिबिलिटी मोड अक्षम करा). यादरम्यान, सतत समर्थन सुनिश्चित करण्यासाठी, आम्ही ही साइट स्टाईल्स आणि जावास्क्रिप्टशिवाय प्रस्तुत करू.
एकाच वेळी तीन स्लाइड्स दाखवणारे कॅरोसेल. एका वेळी तीन स्लाइड्स पुढे जाण्यासाठी 'मागील' आणि 'पुढील' बटणे वापरा, किंवा शेवटी असलेली स्लायडर बटणे वापरा.
ऑल-व्हॅनेडियम फ्लो-थ्रू रेडॉक्स बॅटरीची (VRFBs) तुलनेने जास्त किंमत त्यांच्या व्यापक वापरास मर्यादित करते. VRFB ची विशिष्ट शक्ती आणि ऊर्जा कार्यक्षमता वाढवण्यासाठी, आणि त्यायोगे VRFB चा kWh खर्च कमी करण्यासाठी, इलेक्ट्रोकेमिकल अभिक्रियांच्या गतीशास्त्रात सुधारणा करणे आवश्यक आहे. या कामात, हायड्रोथर्मली संश्लेषित हायड्रेटेड टंगस्टन ऑक्साईड (HWO) नॅनोपार्टिकल्स, C76 आणि C76/HWO, कार्बन क्लॉथ इलेक्ट्रोडवर जमा केले गेले आणि VO2+/VO2+ रेडॉक्स अभिक्रियेसाठी इलेक्ट्रोकॅटॅलिस्ट म्हणून त्यांची चाचणी घेण्यात आली. फील्ड एमिशन स्कॅनिंग इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोपी (FESEM), एनर्जी डिसपर्सिव्ह एक्स-रे स्पेक्ट्रोस्कोपी (EDX), हाय-रिझोल्यूशन ट्रान्समिशन इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोपी (HR-TEM), एक्स-रे डिफ्रेक्शन (XRD), एक्स-रे फोटोइलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी (XPS), इन्फ्रारेड फूरियर ट्रान्सफॉर्म स्पेक्ट्रोस्कोपी (FTIR) आणि कॉन्टॅक्ट अँगल मापन यांचा वापर करण्यात आला. असे आढळून आले आहे की, HWO मध्ये C76 फुलरीन मिसळल्याने विद्युत वाहकता वाढते आणि त्याच्या पृष्ठभागावर ऑक्सिडाइज्ड कार्यात्मक गट उपलब्ध होतात, ज्यामुळे इलेक्ट्रोडची गती सुधारते आणि परिणामी VO2+/VO2+ रेडॉक्स अभिक्रियेला चालना मिळते. HWO/C76 कंपोझिट (50 wt% C76) हे VO2+/VO2+ अभिक्रियेसाठी सर्वोत्तम पर्याय ठरले, ज्याचा ΔEp 176 mV होता, तर उपचार न केलेल्या कार्बन क्लॉथचा (UCC) ΔEp 365 mV होता. याव्यतिरिक्त, W-OH कार्यात्मक गटामुळे HWO/C76 कंपोझिटने पॅरासिटिक क्लोरीन उत्सर्जन अभिक्रियेवर लक्षणीय प्रतिबंधात्मक परिणाम दर्शविला.
तीव्र मानवी क्रियाकलाप आणि वेगवान औद्योगिक क्रांतीमुळे विजेची मागणी प्रचंड वाढली आहे, जी दरवर्षी सुमारे ३% ने वाढत आहे¹. अनेक दशकांपासून, ऊर्जेचा स्रोत म्हणून जीवाश्म इंधनाच्या व्यापक वापरामुळे हरितगृह वायूंचे उत्सर्जन झाले आहे, जे जागतिक तापमानवाढ, जल आणि वायू प्रदूषणास कारणीभूत ठरते आणि संपूर्ण परिसंस्थांना धोका निर्माण करते. परिणामी, २०५० पर्यंत एकूण विजेमध्ये स्वच्छ आणि नवीकरणीय पवन आणि सौर ऊर्जेचा वाटा ७५% पर्यंत पोहोचण्याची अपेक्षा आहे¹. तथापि, जेव्हा नवीकरणीय स्रोतांकडून मिळणाऱ्या विजेचा वाटा एकूण वीज निर्मितीच्या २०% पेक्षा जास्त होतो, तेव्हा ग्रीड अस्थिर होते.
हायब्रीड व्हॅनेडियम रेडॉक्स फ्लो बॅटरी² सारख्या सर्व ऊर्जा साठवण प्रणालींमध्ये, ऑल-व्हॅनेडियम रेडॉक्स फ्लो बॅटरी (VRFB) तिच्या अनेक फायद्यांमुळे सर्वात वेगाने विकसित झाली आहे आणि अक्षय ऊर्जेच्या संयोगाने दीर्घकालीन ऊर्जा साठवणुकीसाठी (सुमारे ३० वर्षे) सर्वोत्तम उपाय मानली जाते⁴. याचे कारण म्हणजे पॉवर आणि एनर्जी डेन्सिटीचे विभाजन, जलद प्रतिसाद, दीर्घ सेवा आयुष्य आणि लिथियम-आयन व लेड-ऍसिड बॅटरीच्या अनुक्रमे $९३-१४०/kWh आणि २७९-४२० यूएस डॉलर्स प्रति kWh च्या तुलनेत $६५/kWh इतका तुलनेने कमी वार्षिक खर्च⁴.
तथापि, त्यांच्या तुलनेने जास्त असलेल्या सिस्टीम भांडवली खर्चामुळे, विशेषतः सेल स्टॅक्समुळे, त्यांचे मोठ्या प्रमाणावर व्यापारीकरण अजूनही मर्यादित आहे⁴,⁵. त्यामुळे, दोन अर्ध-मूलद्रव्य अभिक्रियांची गती वाढवून स्टॅकची कार्यक्षमता सुधारल्यास स्टॅकचा आकार कमी होऊ शकतो आणि परिणामी खर्च कमी होऊ शकतो. म्हणून, इलेक्ट्रोडच्या पृष्ठभागावर जलद इलेक्ट्रॉन हस्तांतरण आवश्यक आहे, जे इलेक्ट्रोडच्या डिझाइन, रचना आणि संरचनेवर अवलंबून असते आणि त्यासाठी काळजीपूर्वक ऑप्टिमायझेशनची आवश्यकता असते⁶. कार्बन इलेक्ट्रोड्सची चांगली रासायनिक आणि इलेक्ट्रोकेमिकल स्थिरता आणि चांगली विद्युत चालकता असूनही, ऑक्सिजन कार्यात्मक गट आणि हायड्रोफिलिसिटीच्या अभावामुळे त्यांची उपचार न केलेली गती मंद असते⁷,⁸. म्हणून, दोन्ही इलेक्ट्रोड्सची गती सुधारण्यासाठी, विविध इलेक्ट्रोकॅटॅलिस्ट, विशेषतः कार्बन नॅनोस्ट्रक्चर्स आणि मेटल ऑक्साइड्स, कार्बन-आधारित इलेक्ट्रोड्ससोबत जोडले जातात, ज्यामुळे VRFB इलेक्ट्रोडची गती वाढते.
C76 वरील आमच्या पूर्वीच्या कामाव्यतिरिक्त, आम्ही प्रथमच उष्णता-उपचारित आणि उपचार न केलेल्या कार्बन क्लॉथच्या तुलनेत, VO2+/VO2+, चार्ज ट्रान्सफरसाठी या फुलरीनच्या उत्कृष्ट इलेक्ट्रोकॅटॅलिटिक सक्रियतेची नोंद केली. प्रतिरोध ९९.५% आणि ९७% ने कमी झाला आहे. C76 च्या तुलनेत VO2+/VO2+ अभिक्रियेसाठी कार्बन सामग्रीची उत्प्रेरक कामगिरी तक्ता S1 मध्ये दर्शविली आहे. दुसरीकडे, CeO225, ZrO226, MoO327, NiO28, SnO229, Cr2O330 आणि WO331, 32, 33, 34, 35, 36, 37 सारखे अनेक धातू ऑक्साईड त्यांच्या वाढलेल्या ओलेपणा आणि मुबलक ऑक्सिजन कार्यात्मकतेमुळे वापरले गेले आहेत. , 38. VO2+/VO2+ अभिक्रियेमधील या धातू ऑक्साईडची उत्प्रेरक सक्रियता तक्ता S2 मध्ये सादर केली आहे. WO3 चा वापर त्याच्या कमी किमतीमुळे, आम्लधर्मी माध्यमांमधील उच्च स्थिरतेमुळे आणि उच्च उत्प्रेरक क्रियाशीलतेमुळे मोठ्या संख्येने कामांमध्ये केला गेला आहे31,32,33,34,35,36,37,38. तथापि, WO3 मुळे कॅथोडिक गतीशास्त्रामध्ये होणारी सुधारणा नगण्य आहे. WO3 ची चालकता सुधारण्यासाठी, रिड्यूस्ड टंगस्टन ऑक्साईड (W18O49) वापरण्याचा कॅथोडिक क्रियाशीलतेवरील परिणाम तपासला गेला38. हायड्रेटेड टंगस्टन ऑक्साईड (HWO) ची VRFB अनुप्रयोगांमध्ये कधीही चाचणी केली गेली नाही, जरी ते निर्जल WOx च्या तुलनेत जलद कॅटायन प्रसारामुळे सुपरकॅपॅसिटर अनुप्रयोगांमध्ये वाढीव क्रियाशीलता दर्शवते39,40. तिसऱ्या पिढीची व्हॅनेडियम रेडॉक्स फ्लो बॅटरी, बॅटरीची कार्यक्षमता सुधारण्यासाठी आणि इलेक्ट्रोलाइटमध्ये व्हॅनेडियम आयनची विद्राव्यता व स्थिरता सुधारण्यासाठी HCl आणि H2SO4 ने बनलेला मिश्र आम्ल इलेक्ट्रोलाइट वापरते. तथापि, परजीवी क्लोरीन उत्सर्जन प्रतिक्रिया ही तिसऱ्या पिढीतील एक तोटा बनली आहे, त्यामुळे क्लोरीन उत्सर्जन प्रतिक्रियेला प्रतिबंध करण्याचे मार्ग शोधणे हे अनेक संशोधन गटांचे लक्ष बनले आहे.
येथे, कंपोझिट्सची विद्युत चालकता आणि इलेक्ट्रोड पृष्ठभागाची रेडॉक्स गतीशास्त्र यांच्यात संतुलन साधण्यासाठी, तसेच अनावश्यक क्लोरीन उत्सर्जनाला (पॅरासिटिक क्लोरीन इव्होल्यूशन रिॲक्शन - CER) दाबण्यासाठी, कार्बन क्लॉथ इलेक्ट्रोडवर जमा केलेल्या HWO/C76 कंपोझिट्सवर VO2+/VO2+ अभिक्रिया चाचण्या घेण्यात आल्या. हायड्रेटेड टंगस्टन ऑक्साईड (HWO) नॅनोपार्टिकल्स एका सोप्या हायड्रोथर्मल पद्धतीने संश्लेषित करण्यात आले. व्यावहारिकतेसाठी तिसऱ्या पिढीच्या VRFB (G3) चे अनुकरण करण्याकरिता आणि अनावश्यक क्लोरीन उत्सर्जन अभिक्रियेवर (पॅरासिटिक क्लोरीन इव्होल्यूशन रिॲक्शन) HWO चा होणारा परिणाम तपासण्यासाठी, हे प्रयोग मिश्र आम्ल इलेक्ट्रोलाइटमध्ये (H2SO4/HCl) करण्यात आले.
या अभ्यासात व्हॅनेडियम(IV) सल्फेट हायड्रेट (VOSO4, 99.9%, अल्फा-एसर), सल्फ्यूरिक ऍसिड (H2SO4), हायड्रोक्लोरिक ऍसिड (HCl), डायमिथाइलफॉर्ममाइड (DMF, सिग्मा-अल्ड्रिच), पॉलीविनायलिडीन फ्लोराइड (PVDF, सिग्मा-अल्ड्रिच), सोडियम टंगस्टन ऑक्साइड डायहायड्रेट (Na2WO4, 99%, सिग्मा-अल्ड्रिच) आणि हायड्रोफिलिक कार्बन क्लॉथ ELAT (फ्यूल सेल स्टोअर) यांचा वापर करण्यात आला.
हायड्रोथर्मल अभिक्रिया ४३ द्वारे हायड्रेटेड टंगस्टन ऑक्साइड (HWO) तयार करण्यात आले, ज्यामध्ये २ ग्रॅम Na2WO4 क्षार १२ मिली H2O मध्ये विरघळवून एक रंगहीन द्रावण तयार केले, त्यानंतर १२ मिली २ M HCl थेंब-थेंब टाकून एक फिकट पिवळे निलंबन तयार केले. ही स्लरी टेफ्लॉन लेपित स्टेनलेस स्टील ऑटोक्लेव्हमध्ये ठेवून हायड्रोथर्मल अभिक्रियेसाठी १८०° से. तापमानावर ३ तास ​​ओव्हनमध्ये ठेवली. गाळणीद्वारे अवशेष गोळा करून, इथेनॉल आणि पाण्याने ३ वेळा धुऊन, ७०° से. तापमानावर सुमारे ३ तास ​​ओव्हनमध्ये वाळवून, नंतर दळून निळसर-राखाडी HWO पावडर मिळवण्यात आली.
मिळवलेले (उपचार न केलेले) कार्बन क्लॉथ इलेक्ट्रोड्स (CCT) जसेच्या तसे वापरले गेले किंवा मागील लेखात वर्णन केल्याप्रमाणे²⁴, ट्यूब फर्नेसमध्ये हवेत ४५०°C तापमानावर १५°C/मिनिट या तापमानाने १० तास उष्णता उपचार करून उपचारित CCs (TCC) मिळवले गेले. UCC आणि TCC कापून अंदाजे १.५ सेमी रुंद आणि ७ सेमी लांब इलेक्ट्रोड्स बनवले गेले. C76, HWO, HWO-10% C76, HWO-30% C76 आणि HWO-50% C76 चे सस्पेंशन्स ~१ मिली DMF मध्ये २० मिलीग्राम % (~२.२२ मिलीग्राम) PVDF बाइंडर घालून आणि एकसमानता सुधारण्यासाठी १ तास सोनिकेट करून तयार केले गेले. २ मिलीग्राम C76, HWO आणि HWO-C76 कंपोझिट्स अंदाजे १.५ सेमी² च्या UCC सक्रिय इलेक्ट्रोड क्षेत्रावर अनुक्रमे लावले गेले. सर्व उत्प्रेरक UCC इलेक्ट्रोडवर लोड केले गेले आणि TCC चा वापर केवळ तुलनेसाठी केला गेला, कारण आमच्या मागील कामात असे दिसून आले होते की उष्णता उपचाराची आवश्यकता नव्हती²⁴. अधिक एकसमान परिणामासाठी, 100 µl सस्पेंशन (लोड 2 mg) ब्रश करून इम्प्रेशन सेटलिंग साध्य केले गेले. त्यानंतर सर्व इलेक्ट्रोड 60°C तापमानावर ओव्हनमध्ये रात्रभर वाळवले गेले. अचूक स्टॉक लोडिंग सुनिश्चित करण्यासाठी इलेक्ट्रोडची पुढील आणि मागील बाजू मोजली जाते. एक विशिष्ट भौमितिक क्षेत्रफळ (~1.5 cm²) मिळवण्यासाठी आणि केशिका प्रभावामुळे व्हॅनेडियम इलेक्ट्रोलाइट इलेक्ट्रोडकडे वर येण्यापासून रोखण्यासाठी, सक्रिय पदार्थावर पॅराफिनचा एक पातळ थर लावला गेला.
HWO पृष्ठभागाची रचना पाहण्यासाठी फील्ड एमिशन स्कॅनिंग इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोपी (FESEM, Zeiss SEM Ultra 60, 5 kV) वापरण्यात आली. UCC इलेक्ट्रोड्सवरील HWO-50%C76 घटकांचे मॅपिंग करण्यासाठी Feii8SEM (EDX, Zeiss Inc.) ने सुसज्ज असलेल्या एनर्जी डिसपर्सिव्ह एक्स-रे स्पेक्ट्रोमीटरचा वापर करण्यात आला. उच्च रिझोल्यूशन HWO कण आणि विवर्तन रिंग्जची प्रतिमा घेण्यासाठी 200 kV च्या प्रवेगक व्होल्टेजवर चालणाऱ्या उच्च रिझोल्यूशन ट्रान्समिशन इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोपचा (HR-TEM, JOEL JEM-2100) वापर करण्यात आला. क्रिस्टलोग्राफी टूलबॉक्स (CrysTBox) सॉफ्टवेअर, HWO रिंग विवर्तन पॅटर्नचे विश्लेषण करण्यासाठी आणि परिणामांची XRD पॅटर्नशी तुलना करण्यासाठी ringGUI फंक्शनचा वापर करते. पॅनालिटिकल एक्स-रे डिफ्रेक्टोमीटर (मॉडेल ३६००) वापरून, Cu Kα (λ = १.५४०६० Å) सह ५° ते ७०° पर्यंत २.४°/मिनिटच्या स्कॅन दराने एक्स-रे विवर्तन (XRD) द्वारे UCC आणि TCC ची संरचना आणि ग्राफायटीकरण यांचे विश्लेषण करण्यात आले. XRD ने HWO ची स्फटिक संरचना आणि प्रावस्था दर्शविली. डेटाबेस४५ मध्ये उपलब्ध असलेल्या टंगस्टन ऑक्साईड नकाशांशी HWO शिखरे जुळवण्यासाठी पॅनालिटिकल एक्स'पर्ट हायस्कोर सॉफ्टवेअरचा वापर करण्यात आला. HWO परिणामांची तुलना TEM परिणामांशी करण्यात आली. HWO नमुन्यांची रासायनिक रचना आणि अवस्था एक्स-रे फोटोइलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी (XPS, ESCALAB 250Xi, थर्मोसायंटिफिक) द्वारे निश्चित करण्यात आली. शिखर डीकन्व्होल्यूशन आणि डेटा विश्लेषणासाठी CASA-XPS सॉफ्टवेअर (v २.३.१५) वापरण्यात आले. HWO आणि HWO-50%C76 च्या पृष्ठभागावरील कार्यात्मक गट निश्चित करण्यासाठी, फूरियर ट्रान्सफॉर्म इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रोस्कोपी (FTIR, पर्किन एल्मर स्पेक्ट्रोमीटर, KBr FTIR वापरून) द्वारे मोजमाप करण्यात आले. निकालांची तुलना XPS निकालांशी करण्यात आली. इलेक्ट्रोड्सच्या ओलेपणाचे वैशिष्ट्य दर्शवण्यासाठी संपर्क कोन मोजमाप (KRUSS DSA25) देखील वापरण्यात आले.
सर्व इलेक्ट्रोकेमिकल मोजमापांसाठी, बायोलॉजिक एसपी ३०० वर्कस्टेशनचा वापर करण्यात आला. VO2+/VO2+ रेडॉक्स अभिक्रियेच्या इलेक्ट्रोड गतिकीचा आणि अभिक्रियेच्या दरावर अभिकारक विसरणाच्या (VOSO4(VO2+)) परिणामाचा अभ्यास करण्यासाठी चक्रीय व्होल्टामेट्री (CV) आणि इलेक्ट्रोकेमिकल इम्पेडन्स स्पेक्ट्रोस्कोपी (EIS) यांचा वापर करण्यात आला. दोन्ही पद्धतींमध्ये १ M H2SO4 + १ M HCl (आम्लांचे मिश्रण) मध्ये ०.१ M VOSO4 (V4+) इलेक्ट्रोलाइट सांद्रता असलेल्या तीन-इलेक्ट्रोड सेलचा वापर करण्यात आला. सादर केलेला सर्व इलेक्ट्रोकेमिकल डेटा IR सुधारित आहे. संदर्भ आणि काउंटर इलेक्ट्रोड म्हणून अनुक्रमे सॅचुरेटेड कॅलोमेल इलेक्ट्रोड (SCE) आणि प्लॅटिनम (Pt) कॉइलचा वापर करण्यात आला. CV साठी, SCE च्या तुलनेत (०-१) V च्या VO2+/VO2+ पोटेन्शियल विंडोवर ५, २०, आणि ५० mV/s चे स्कॅन दर (ν) लागू केले गेले, आणि नंतर (VSCE = ०.२४२ V vs. HSE) चा आलेख काढण्यासाठी SHE साठी समायोजित केले गेले. इलेक्ट्रोड सक्रियतेची टिकवणूक अभ्यासण्यासाठी, UCC, TCC, UCC-C76, UCC-HWO, आणि UCC-HWO-50% C76 साठी ν 5 mV/s वर वारंवार चक्रीय CVs केले गेले. EIS मापनांसाठी, VO2+/VO2+ रेडॉक्स अभिक्रियेची वारंवारता श्रेणी 0.01-105 Hz होती, आणि ओपन-सर्किट व्होल्टेज (OCV) वरील व्होल्टेज व्यत्यय 10 mV होता. परिणामांची सुसंगतता सुनिश्चित करण्यासाठी प्रत्येक प्रयोग 2-3 वेळा पुनरावृत्त केला गेला. विषम दर स्थिरांक (k0) निकोल्सन पद्धती46,47 द्वारे मिळवले गेले.
हायड्रोथर्मल पद्धतीने हायड्रेटेड टंगस्टन ऑक्साइड (HVO) यशस्वीरित्या संश्लेषित करण्यात आले आहे. आकृती 1a मधील SEM प्रतिमेवरून असे दिसून येते की जमा झालेल्या HWO मध्ये 25-50 nm आकाराच्या नॅनोकणांचे समूह आहेत.
HWO च्या एक्स-रे विवर्तन पॅटर्नमध्ये अनुक्रमे ~23.5° आणि ~47.5° वर (001) आणि (002) शिखरे दिसतात, जी नॉनस्टोइकिओमेट्रिक WO2.63 (W32O84) (PDF 077–0810, a = 21.4 Å, b = 17.8 Å, c = 3.8 Å, α = β = γ = 90°) ची वैशिष्ट्ये आहेत, जे त्यांच्या स्पष्ट निळ्या रंगाशी संबंधित आहे (आकृती 1b) 48.49. अंदाजे 20.5°, 27.1°, 28.1°, 30.8°, 35.7°, 36.7° आणि 52.7° वरील इतर शिखरे (140), (620), (350), (720), (740), (560°) यांना नियुक्त केली गेली. ) ) आणि (970) विवर्तन प्रतले अनुक्रमे WO2.63 ला लंब आहेत. सोंगारा आणि इतरांनी ४३ पांढरे उत्पादन मिळवण्यासाठी तीच संश्लेषण पद्धत वापरली, ज्याचे श्रेय WO3(H2O)0.333 च्या उपस्थितीला देण्यात आले. तथापि, या कामात, वेगळ्या परिस्थितीमुळे, निळसर-राखाडी उत्पादन मिळाले, जे दर्शवते की WO3(H2O)0.333 (PDF 087-1203, a = 7.3 Å, b = 12.5 Å, c = 7.7 Å, α = β = γ = 90°) आणि टंगस्टन ऑक्साईडचे क्षीण रूप आहे. X'Pert HighScore सॉफ्टवेअर वापरून केलेल्या अर्ध-परिमाणात्मक विश्लेषणातून २६% WO3(H2O)0.333: ७४% W32O84 असे दिसून आले. W32O84 मध्ये W6+ आणि W4+ (1.67:1 W6+:W4+) असल्याने, W6+ आणि W4+ चे अंदाजित प्रमाण अनुक्रमे सुमारे 72% W6+ आणि 28% W4+ आहे. C76 कणांच्या SEM प्रतिमा, केंद्रक स्तरावरील 1-सेकंद XPS स्पेक्ट्रा, TEM प्रतिमा, FTIR स्पेक्ट्रा आणि रमन स्पेक्ट्रा आमच्या मागील लेखात सादर केले होते. कावाडा आणि इतरांच्या मते,50,51 टोल्युइन काढून टाकल्यानंतर C76 च्या एक्स-रे विवर्तनाने FCC ची मोनोक्लिनिक रचना दर्शविली.
आकृती २अ आणि २ब मधील एसईएम प्रतिमा दर्शवतात की, यूसीसी इलेक्ट्रोडच्या कार्बन फायबरवर आणि त्यांच्यामध्ये एचडब्ल्यूओ (HWO) आणि एचडब्ल्यूओ-५०%सी७६ (HWO-50%C76) यशस्वीरित्या जमा झाले आहेत. आकृती २क मधील एसईएम प्रतिमांवरील टंगस्टन, कार्बन आणि ऑक्सिजनचे ईडीएक्स (EDX) मूलद्रव्य नकाशे आकृती २ड-फ मध्ये दर्शविले आहेत, जे सूचित करतात की टंगस्टन आणि कार्बन संपूर्ण इलेक्ट्रोड पृष्ठभागावर समान रीतीने मिसळलेले आहेत (समान वितरण दर्शवित आहेत) आणि निक्षेपण पद्धतीच्या स्वरूपामुळे हे संमिश्र एकसमानपणे जमा झालेले नाही.
जमा झालेल्या HWO कणांच्या (a) आणि HWO-C76 कणांच्या (b) SEM प्रतिमा. प्रतिमा (c) मधील क्षेत्र वापरून UCC वर लोड केलेल्या HWO-C76 वरील EDX मॅपिंग नमुन्यातील टंगस्टन (d), कार्बन (e) आणि ऑक्सिजन (f) यांचे वितरण दर्शवते.
उच्च विवर्धन प्रतिमांकन आणि स्फटिकशास्त्रीय माहितीसाठी एचआर-टीईएम (HR-TEM) वापरण्यात आले (आकृती ३). एचडब्ल्यूओ (HWO) नॅनोक्यूब आकारविज्ञान दर्शवते, जसे आकृती ३अ मध्ये आणि अधिक स्पष्टपणे आकृती ३ब मध्ये दाखवले आहे. निवडक भागांच्या विवर्तनासाठी नॅनोक्यूबला विवर्धित करून, ब्रॅग नियमाचे समाधान करणारी ग्रॅटिंग संरचना आणि विवर्तन प्रतले पाहता येतात, जसे आकृती ३क मध्ये दाखवले आहे, जे पदार्थाच्या स्फटिकमयतेची पुष्टी करते. आकृती ३क च्या अंतर्भागात, अनुक्रमे WO3(H2O)0.333 आणि W32O84 प्रावस्थांमध्ये आढळणाऱ्या (022) आणि (620) विवर्तन प्रतलांशी संबंधित असलेले d ३.३ Å अंतर दाखवले आहे४३,४४,४९. हे वर वर्णन केलेल्या एक्सआरडी (XRD) विश्लेषणाशी (आकृती १ब) सुसंगत आहे, कारण निरीक्षित ग्रॅटिंग प्रतलाचे अंतर d (आकृती ३क) हे एचडब्ल्यूओ (HWO) नमुन्यातील सर्वात मजबूत एक्सआरडी (XRD) शिखराशी संबंधित आहे. नमुन्याची वलये देखील आकृती ३ड मध्ये दाखवली आहेत, जिथे प्रत्येक वलय एका वेगळ्या प्रतलाशी संबंधित आहे. WO3(H2O)0.333 आणि W32O84 प्रतले अनुक्रमे पांढऱ्या आणि निळ्या रंगात रंगवली आहेत, आणि त्यांची संबंधित XRD शिखरे देखील आकृती 1b मध्ये दर्शविली आहेत. रिंग आकृतीमध्ये दर्शविलेली पहिली रिंग (022) किंवा (620) विवर्तन प्रतलाच्या एक्स-रे पॅटर्नमधील पहिल्या चिन्हांकित शिखराशी संबंधित आहे. (022) ते (402) रिंगांपर्यंत, d-स्पेसिंग मूल्ये 3.30, 3.17, 2.38, 1.93, आणि 1.69 Å आहेत, जी अनुक्रमे 3.30, 3.17, 2, 45, 1.93 आणि 1.66 Å च्या XRD मूल्यांशी सुसंगत आहेत, जी अनुक्रमे 44, 45 च्या बरोबर आहेत.
(अ) HWO ची HR-TEM प्रतिमा, (ब) मध्ये तिची मोठी केलेली प्रतिमा दाखवली आहे. ग्रेटिंग प्लेन्सच्या प्रतिमा (क) मध्ये दाखवल्या आहेत, इन्सेट (क) मध्ये प्लेन्सची मोठी केलेली प्रतिमा आणि (००२) व (६२०) प्लेन्सशी संबंधित ०.३३ nm चा पिच d दाखवला आहे. (ड) HWO रिंग पॅटर्न, ज्यामध्ये WO3(H2O)0.333 (पांढरा) आणि W32O84 (निळा) यांच्याशी संबंधित प्लेन्स दाखवले आहेत.
टंगस्टनची पृष्ठभागावरील रसायनशास्त्र आणि ऑक्सिडेशन अवस्था निश्चित करण्यासाठी एक्सपीएस (XPS) विश्लेषण केले गेले (आकृत्या S1 आणि 4). संश्लेषित HWO चा विस्तृत श्रेणी एक्सपीएस स्कॅन स्पेक्ट्रम आकृती S1 मध्ये दर्शविला आहे, जो टंगस्टनची उपस्थिती दर्शवतो. W 4f आणि O 1s कोर लेव्हल्सचे एक्सपीएस नॅरो-स्कॅन स्पेक्ट्रा अनुक्रमे आकृत्या 4a आणि b मध्ये दर्शविले आहेत. W 4f स्पेक्ट्रम दोन स्पिन-ऑर्बिट डबलेट्समध्ये विभागला जातो, जे W ऑक्सिडेशन अवस्थेच्या बंधन ऊर्जेशी संबंधित आहेत. आणि 36.6 आणि 34.9 eV वरील W 4f7/2 हे अनुक्रमे W4+ अवस्थेचे वैशिष्ट्य आहे. फिट केलेला डेटा दर्शवितो की W6+ आणि W4+ ची अणु टक्केवारी अनुक्रमे 85% आणि 15% आहे, जी दोन्ही पद्धतींमधील फरक लक्षात घेता एक्सआरडी (XRD) डेटामधून अंदाजित केलेल्या मूल्यांच्या जवळ आहे. दोन्ही पद्धती कमी अचूकतेसह परिमाणात्मक माहिती देतात, विशेषतः एक्सआरडी. तसेच, या दोन पद्धती पदार्थाच्या वेगवेगळ्या भागांचे विश्लेषण करतात कारण XRD ही एक स्थूल पद्धत आहे तर XPS ही एक पृष्ठभागीय पद्धत आहे जी केवळ काही नॅनोमीटरपर्यंत पोहोचते. O 1s स्पेक्ट्रम 533 (22.2%) आणि 530.4 eV (77.8%) या दोन शिखरांमध्ये विभागलेला आहे. पहिले शिखर WO मधील जाळीतील OH बंधांशी, तर दुसरे ऑक्सिजन बंधांशी संबंधित आहे. OH कार्यात्मक गटांची उपस्थिती HWO च्या जलयोजन गुणधर्मांशी सुसंगत आहे.
हायड्रेटेड HWO संरचनेत कार्यात्मक गट आणि समन्वय साधणाऱ्या पाण्याच्या रेणूंची उपस्थिती तपासण्यासाठी या दोन नमुन्यांवर FTIR विश्लेषण देखील करण्यात आले. निकालांवरून असे दिसून येते की, HWO च्या उपस्थितीमुळे HWO-50% C76 नमुना आणि FT-IR HWO चे निकाल सारखे दिसतात, परंतु विश्लेषणासाठी तयार करताना वापरलेल्या नमुन्याच्या वेगवेगळ्या प्रमाणामुळे शिखरांची तीव्रता भिन्न आहे (आकृती 5a). HWO-50% C76 दर्शवते की, टंगस्टन ऑक्साईडचे शिखर वगळता, सर्व शिखरे फुलरीन 24 शी संबंधित आहेत. आकृती 5a मध्ये तपशीलवार दाखवले आहे की, दोन्ही नमुन्यांमध्ये HWO जाळीच्या संरचनेतील OWO स्ट्रेचिंग ऑसिलेशन्समुळे ~710/cm वर एक खूप मजबूत रुंद बँड आणि WO मुळे ~840/cm वर एक मजबूत शोल्डर दिसून येतो. स्ट्रेचिंग व्हायब्रेशन्ससाठी, सुमारे 1610/cm वरचा एक तीव्र बँड OH च्या बेंडिंग व्हायब्रेशन्समुळे असतो, तर सुमारे 3400/cm वरचा एक विस्तृत ॲबसॉर्प्शन बँड हायड्रॉक्सिल गटांमधील OH च्या स्ट्रेचिंग व्हायब्रेशन्समुळे असतो43. हे परिणाम आकृती 4b मधील XPS स्पेक्ट्राशी सुसंगत आहेत, जिथे WO कार्यात्मक गट VO2+/VO2+ अभिक्रियेसाठी सक्रिय जागा प्रदान करू शकतात.
HWO आणि HWO-50% C76 चे FTIR विश्लेषण (a), दर्शविलेले कार्यात्मक गट आणि संपर्क कोन मोजमाप (b, c).
OH गट VO2+/VO2+ अभिक्रियेला उत्प्रेरित करू शकतो, तसेच इलेक्ट्रोडची जलस्नेहता वाढवतो, ज्यामुळे विसरण आणि इलेक्ट्रॉन हस्तांतरणाचा दर वाढतो. दाखवल्याप्रमाणे, HWO-50% C76 नमुन्यामध्ये C76 साठी एक अतिरिक्त शिखर दिसते. ~2905, 2375, 1705, 1607, आणि 1445 cm3 वरील शिखरे अनुक्रमे CH, O=C=O, C=O, C=C, आणि CO स्ट्रेचिंग कंपनांना दिली जाऊ शकतात. हे सर्वज्ञात आहे की ऑक्सिजन कार्यात्मक गट C=O आणि CO हे व्हॅनेडियमच्या रेडॉक्स अभिक्रियांसाठी सक्रिय केंद्र म्हणून काम करू शकतात. दोन्ही इलेक्ट्रोडच्या ओलेपणाची चाचणी आणि तुलना करण्यासाठी, आकृती 5b,c मध्ये दाखवल्याप्रमाणे संपर्क कोन मोजमाप घेण्यात आले. HWO इलेक्ट्रोडने पाण्याचे थेंब त्वरित शोषून घेतले, जे उपलब्ध OH कार्यात्मक गटांमुळे अतिजलस्नेहता दर्शवते. HWO-50% C76 अधिक जलविरोधी आहे, आणि १० सेकंदांनंतर त्याचा संपर्क कोन सुमारे १३५° असतो. तथापि, विद्युत रासायनिक मापनांमध्ये, HWO-50%C76 इलेक्ट्रोड एका मिनिटापेक्षा कमी वेळात पूर्णपणे ओला झाला. ओलेपणाची ही मापने XPS आणि FTIR च्या निष्कर्षांशी सुसंगत आहेत, जे दर्शवते की HWO च्या पृष्ठभागावरील अधिक OH गटांमुळे ते तुलनेने अधिक जलस्नेही बनते.
HWO आणि HWO-C76 नॅनोकंपोझिट्सच्या VO2+/VO2+ अभिक्रिया तपासण्यात आल्या आणि अशी अपेक्षा होती की HWO मिश्र आम्लातील VO2+/VO2+ अभिक्रियेमध्ये क्लोरीन उत्सर्जनाला दडपेल, आणि C76 पुढे अपेक्षित VO2+/VO2+ रेडॉक्स अभिक्रियेला उत्प्रेरित करेल. HWO निलंबनांमध्ये %, 30%, आणि 50% C76 आणि CCC इलेक्ट्रोड्सवर सुमारे 2 mg/cm2 च्या एकूण लोडिंगसह जमा केले गेले.
आकृती ६ मध्ये दाखवल्याप्रमाणे, मिश्र आम्लधर्मी इलेक्ट्रोलाइटमध्ये CV द्वारे इलेक्ट्रोडच्या पृष्ठभागावरील VO2+/VO2+ अभिक्रियेच्या गतिकीचा अभ्यास करण्यात आला. वेगवेगळ्या उत्प्रेरकांसाठी ΔEp आणि Ipa/Ipc यांची थेट आलेखावर सोपी तुलना करता यावी म्हणून प्रवाह I/Ipa म्हणून दर्शवले आहेत. प्रवाह क्षेत्र एकक डेटा आकृती २S मध्ये दर्शवला आहे. आकृती ६अ दर्शवते की, HWO इलेक्ट्रोडच्या पृष्ठभागावरील VO2+/VO2+ रेडॉक्स अभिक्रियेचा इलेक्ट्रॉन हस्तांतरण दर किंचित वाढवते आणि परजीवी क्लोरीन उत्सर्जनाची अभिक्रिया दाबून टाकते. तथापि, C76 इलेक्ट्रॉन हस्तांतरण दर लक्षणीयरीत्या वाढवते आणि क्लोरीन उत्सर्जन अभिक्रियेला उत्प्रेरित करते. म्हणून, HWO आणि C76 च्या योग्यरित्या तयार केलेल्या संमिश्रामध्ये सर्वोत्तम क्रियाशीलता आणि क्लोरीन उत्सर्जन अभिक्रियेला रोखण्याची सर्वाधिक क्षमता असण्याची अपेक्षा आहे. असे आढळून आले की C76 चे प्रमाण वाढवल्यानंतर, इलेक्ट्रोडची विद्युत रासायनिक क्रियाशीलता सुधारली, ज्याचा पुरावा ΔEp मधील घट आणि Ipa/Ipc गुणोत्तरातील वाढीवरून मिळतो (तक्ता S3). आकृती 6d (सारणी S3) मधील नायक्विस्ट प्लॉटमधून काढलेल्या RCT मूल्यांद्वारे देखील याची पुष्टी झाली, जी C76 चे प्रमाण वाढल्याने कमी होत असल्याचे आढळले. हे परिणाम ली यांच्या अभ्यासाशी देखील सुसंगत आहेत, ज्यामध्ये मेसोपोरस WO3 मध्ये मेसोपोरस कार्बनच्या समावेशामुळे VO2+/VO2+35 वर सुधारित चार्ज ट्रान्सफर कायनेटिक्स दिसून आले. हे सूचित करते की थेट अभिक्रिया इलेक्ट्रोड चालकतेवर (C=C बंध) 18, 24, 35, 36, 37 अधिक अवलंबून असू शकते. हे [VO(H2O)5]2+ आणि [VO2(H2O)4]+ यांच्यातील कोऑर्डिनेशन भूमितीमधील बदलामुळे देखील असू शकते, C76 ऊतींची ऊर्जा कमी करून अभिक्रियेचा ओव्हरव्होल्टेज कमी करते. तथापि, HWO इलेक्ट्रोड्सच्या बाबतीत हे शक्य होणार नाही.
(अ) 0.1 M VOSO4/1 M H2SO4 + 1 M HCl इलेक्ट्रोलाइटमध्ये वेगवेगळ्या HWO:C76 गुणोत्तरांसह UCC आणि HWO-C76 कंपोझिट्सच्या VO2+/VO2+ अभिक्रियेचे चक्रीय व्होल्टामेट्रिक वर्तन (ν = 5 mV/s). (ब) प्रसार कार्यक्षमतेचे मूल्यांकन करण्यासाठी आणि k0(d) मूल्ये मिळवण्यासाठी रँडल्स-सेव्हचिक आणि (क) निकोल्सन VO2+/VO2+ पद्धत.
HWO-50% C76 हे VO2+/VO2+ अभिक्रियेसाठी C76 इतकीच इलेक्ट्रोकॅटॅलिटिक क्रियाशीलता दर्शवत होते, इतकेच नव्हे तर, अधिक मनोरंजक बाब म्हणजे, आकृती 6a मध्ये दाखवल्याप्रमाणे, त्याने C76 च्या तुलनेत क्लोरीन उत्सर्जनाला अतिरिक्तपणे दाबले आणि आकृती 6d मध्ये लहान अर्धवर्तुळ (कमी RCT) देखील दर्शवले. C76 ने HWO-50% C76 पेक्षा जास्त स्पष्ट Ipa/Ipc दर्शवले (तक्ता S3), हे सुधारित अभिक्रिया प्रतिवर्तीतेमुळे नव्हे, तर 1.2 V वर SHE सोबत क्लोरीन क्षपण अभिक्रियेच्या शिखरांच्या आच्छादनामुळे होते. HWO-50% C76 ची सर्वोत्तम कामगिरी ही ऋणभारित उच्च प्रवाहकीय C76 आणि HWO वरील उच्च आर्द्रताक्षमता व W-OH उत्प्रेरक कार्यक्षमतेमधील सहक्रियात्मक परिणामामुळे आहे. कमी क्लोरीन उत्सर्जनामुळे संपूर्ण सेलची चार्जिंग कार्यक्षमता सुधारेल, तर सुधारित गतिकीने संपूर्ण सेल व्होल्टेजची कार्यक्षमता सुधारेल.
समीकरण S1 नुसार, विसरणाद्वारे नियंत्रित अर्ध-प्रतिवर्ती (तुलनात्मकदृष्ट्या मंद इलेक्ट्रॉन हस्तांतरण) अभिक्रियेसाठी, शिखर प्रवाह (IP) हा इलेक्ट्रॉनची संख्या (n), इलेक्ट्रोड क्षेत्रफळ (A), विसरण गुणांक (D), इलेक्ट्रॉन हस्तांतरण गुणांक (α) आणि स्कॅनिंग गती (ν) यांवर अवलंबून असतो. चाचणी केलेल्या पदार्थांच्या विसरण-नियंत्रित वर्तनाचा अभ्यास करण्यासाठी, IP आणि ν1/2 यांच्यातील संबंध आलेखित करून आकृती 6b मध्ये सादर केला आहे. सर्व पदार्थ रेषीय संबंध दर्शवत असल्याने, ही अभिक्रिया विसरणाद्वारे नियंत्रित आहे. VO2+/VO2+ अभिक्रिया अर्ध-प्रतिवर्ती असल्याने, रेषेचा उतार हा विसरण गुणांक आणि α च्या मूल्यावर (समीकरण S1) अवलंबून असतो. प्रसार गुणांक स्थिर असल्याने (≈ 4 × 10–6 cm2/s)52, रेषेच्या उतारातील फरक थेट α ची भिन्न मूल्ये दर्शवितो आणि म्हणून इलेक्ट्रोड पृष्ठभागावरील इलेक्ट्रॉन हस्तांतरण दर दर्शवितो, जे C76 आणि HWO -50% C76 साठी दर्शविले आहे. सर्वात जास्त उतार (सर्वात जास्त इलेक्ट्रॉन हस्तांतरण दर).
सारणी S3 (आकृती 6d) मध्ये दर्शविलेल्या कमी वारंवारतेसाठी गणना केलेले वॉरबर्ग स्लोप (W) सर्व पदार्थांसाठी 1 च्या जवळ आहेत, जे रेडॉक्स प्रजातींचे परिपूर्ण विसरण दर्शवते आणि ν1/2 च्या तुलनेत IP च्या रेषीय वर्तनाची पुष्टी करते. CV मोजले जाते. HWO-50% C76 साठी, वॉरबर्ग स्लोप 1 ते 1.32 पर्यंत विचलित होतो, जे केवळ अभिकारकाच्या (VO2+) अर्ध-अनंत विसरणाचेच नव्हे, तर इलेक्ट्रोडच्या सच्छिद्रतेमुळे विसरण वर्तनामध्ये पातळ-थर वर्तनाच्या संभाव्य योगदानाचेही सूचन करते.
VO2+/VO2+ रेडॉक्स अभिक्रियेच्या प्रतिवर्तीतेचे (इलेक्ट्रॉन हस्तांतरण दर) अधिक विश्लेषण करण्यासाठी, मानक दर स्थिरांक k0 41.42 निश्चित करण्याकरिता निकोल्सन अर्ध-प्रतिवर्ती अभिक्रिया पद्धतीचा देखील वापर करण्यात आला. हे S2 समीकरणाचा वापर करून केले जाते, ज्याद्वारे ΔEp चे फलन असलेले परिमाणरहित गतिज पॅरामीटर Ψ, ν-1/2 च्या फलनाच्या रूपात तयार केले जाते. तक्ता S4 प्रत्येक इलेक्ट्रोड पदार्थासाठी प्राप्त झालेली Ψ मूल्ये दर्शवतो. प्रत्येक ओळीच्या पुढे लिहिलेले आणि तक्ता S4 मध्ये सादर केलेले समीकरण S3 वापरून प्रत्येक आलेखाच्या उतारावरून k0 × 104 cm/s मिळवण्यासाठी परिणाम (आकृती 6c) आलेखित केले गेले. HWO-50% C76 चा उतार सर्वाधिक असल्याचे आढळले (आकृती 6c), त्यामुळे k0 चे कमाल मूल्य 2.47 × 10–4 cm/s आहे. याचा अर्थ असा की, हा इलेक्ट्रोड सर्वात जलद गतीशास्त्र (kinetics) साध्य करतो, जे आकृती 6a आणि d तसेच तक्ता S3 मधील CV आणि EIS परिणामांशी सुसंगत आहे. याव्यतिरिक्त, RCT मूल्याचा (तक्ता S3) वापर करून समीकरण S4 च्या नायक्विस्ट प्लॉटमधून (आकृती 6d) k0 चे मूल्य देखील मिळवले गेले. EIS मधील हे k0 परिणाम तक्ता S4 मध्ये सारांशित केले आहेत आणि ते हे देखील दर्शवतात की सहक्रियात्मक प्रभावामुळे (synergistic effect) HWO-50% C76 सर्वाधिक इलेक्ट्रॉन हस्तांतरण दर (electron transfer rate) दर्शवतो. जरी प्रत्येक पद्धतीच्या वेगवेगळ्या उगमांमुळे k0 ची मूल्ये भिन्न असली तरी, ती समान परिमाणाची (order of magnitude) आहेत आणि सुसंगतता दर्शवतात.
मिळालेली उत्कृष्ट अभिक्रियाशीलता पूर्णपणे समजून घेण्यासाठी, इष्टतम इलेक्ट्रोड सामग्रीची तुलना अनकोटेड UCC आणि TCC इलेक्ट्रोड्सशी करणे महत्त्वाचे आहे. VO2+/VO2+ अभिक्रियेसाठी, HWO-C76 ने केवळ सर्वात कमी ΔEp आणि चांगली प्रतिवर्तीता दर्शविली नाही, तर SHE च्या सापेक्ष 1.45 V वरील प्रवाहाद्वारे मोजल्यानुसार (आकृती 7a), TCC च्या तुलनेत परजीवी क्लोरीन उत्सर्जन अभिक्रियेला लक्षणीयरीत्या दाबले. स्थिरतेच्या बाबतीत, आम्ही असे गृहीत धरले की HWO-50% C76 भौतिकदृष्ट्या स्थिर होते कारण उत्प्रेरकाला PVDF बाइंडरमध्ये मिसळून कार्बन क्लॉथ इलेक्ट्रोड्सवर लावले होते. HWO-50% C76 ने 150 सायकल्सनंतर UCC च्या 50 mV च्या तुलनेत 44 mV चा पीक शिफ्ट (ऱ्हास दर 0.29 mV/सायकल) दर्शविला (आकृती 7b). हा कदाचित मोठा फरक नसेल, परंतु UCC इलेक्ट्रोड्सची अभिक्रियाशीलता खूप मंद असते आणि सायकलिंगमुळे, विशेषतः उलट अभिक्रियांसाठी, त्यांचा ऱ्हास होतो. जरी TCC ची प्रतिवर्तीता UCC पेक्षा खूपच चांगली असली तरी, १५० आवर्तनांनंतर TCC मध्ये ७३ mV चा मोठा पीक शिफ्ट आढळला, जो त्याच्या पृष्ठभागावर मोठ्या प्रमाणात क्लोरीन तयार झाल्यामुळे असू शकतो, ज्यामुळे उत्प्रेरक इलेक्ट्रोडच्या पृष्ठभागाला चांगल्या प्रकारे चिकटून राहतो. चाचणी केलेल्या सर्व इलेक्ट्रोड्सवरून असे दिसून येते की, आधारभूत उत्प्रेरक नसलेल्या इलेक्ट्रोड्सनीसुद्धा विविध पातळ्यांवर सायकलिंग अस्थिरता दर्शविली, ज्यामुळे असे सूचित होते की सायकलिंग दरम्यान पीक विभक्ततेमधील बदल हा उत्प्रेरकाच्या विलगतेमुळे नसून रासायनिक बदलांमुळे होणाऱ्या पदार्थाच्या निष्क्रियतेमुळे आहे. याव्यतिरिक्त, जर मोठ्या प्रमाणात उत्प्रेरक कण इलेक्ट्रोडच्या पृष्ठभागापासून वेगळे झाले, तर यामुळे पीक विभक्ततेमध्ये लक्षणीय वाढ होईल (केवळ ४४ mV नव्हे), कारण सब्सट्रेट (UCC) VO2+/VO2+ रेडॉक्स अभिक्रियेसाठी तुलनेने निष्क्रिय आहे.
UCC च्या तुलनेत सर्वोत्तम इलेक्ट्रोड सामग्रीच्या CV ची तुलना (a) आणि VO2+/VO2+ रेडॉक्स प्रतिक्रियेची स्थिरता (b). 0.1 M VOSO4/1 M H2SO4 + 1 M HCl इलेक्ट्रोलाइटमध्ये सर्व CV साठी ν = 5 mV/s.
VRFB तंत्रज्ञानाची आर्थिक आकर्षकता वाढवण्यासाठी, उच्च ऊर्जा कार्यक्षमता प्राप्त करण्याकरिता व्हॅनेडियम रेडॉक्स अभिक्रियांच्या गतिकीचा विस्तार करणे आणि ती समजून घेणे आवश्यक आहे. HWO-C76 हे संमिश्र तयार करण्यात आले आणि VO2+/VO2+ अभिक्रियेवरील त्यांच्या विद्युत-उत्प्रेरक परिणामाचा अभ्यास करण्यात आला. HWO ने मिश्र आम्लधर्मी इलेक्ट्रोलाइट्समध्ये गतिकीमध्ये थोडी वाढ दर्शविली, परंतु क्लोरीन उत्सर्जनाला लक्षणीयरीत्या दाबले. HWO-आधारित इलेक्ट्रोड्सच्या गतिकीला अधिक अनुकूल करण्यासाठी HWO:C76 ची विविध गुणोत्तरे वापरण्यात आली. HWO मध्ये C76 चे प्रमाण वाढवल्याने सुधारित इलेक्ट्रोडवरील VO2+/VO2+ अभिक्रियेच्या इलेक्ट्रॉन हस्तांतरण गतिकीमध्ये सुधारणा होते, ज्यापैकी HWO-50% C76 हे सर्वोत्तम मटेरियल आहे, कारण ते C76 आणि TCC डिपॉझिटच्या तुलनेत चार्ज हस्तांतरण प्रतिरोध कमी करते आणि क्लोरीन उत्सर्जनाला अधिक दाबते. हे C=C sp2 हायब्रिडायझेशन, OH आणि W-OH फंक्शनल ग्रुप्समधील सहक्रियात्मक परिणामामुळे होते. HWO-50% C76 च्या वारंवार सायकलिंगनंतरचा ऱ्हास दर 0.29 mV/cycle आढळला, तर UCC आणि TCC चा ऱ्हास दर अनुक्रमे 0.33 mV/cycle आणि 0.49 mV/cycle आहे, ज्यामुळे ते मिश्र आम्ल इलेक्ट्रोलाइट्समध्ये खूप स्थिर बनते. सादर केलेले परिणाम जलद गतीशास्त्र आणि उच्च स्थिरतेसह VO2+/VO2+ अभिक्रियेसाठी उच्च-कार्यक्षम इलेक्ट्रोड सामग्री यशस्वीरित्या ओळखतात. यामुळे आउटपुट व्होल्टेज वाढेल, परिणामी VRFB ची ऊर्जा कार्यक्षमता वाढेल आणि भविष्यातील व्यापारीकरणाचा खर्च कमी होईल.
या अभ्यासात वापरलेले आणि/किंवा विश्लेषण केलेले डेटासेट, वाजवी विनंतीनुसार संबंधित लेखकांकडून उपलब्ध आहेत.
लुडेरर जी. व इतर. जागतिक कमी-कार्बन ऊर्जा परिस्थितीमध्ये पवन आणि सौर ऊर्जेचा अंदाज: एक परिचय. ऊर्जा बचत. 64, 542–551. https://doi.org/10.1016/j.eneco.2017.03.027 (2017).
ली, एच. जे., पार्क, एस. आणि किम, एच. व्हॅनेडियम/मँगनीज रेडॉक्स फ्लो बॅटरीच्या कार्यक्षमतेवर MnO2 अवक्षेपणाच्या परिणामाचे विश्लेषण. ली, एच. जे., पार्क, एस. आणि किम, एच. व्हॅनेडियम/मँगनीज रेडॉक्स फ्लो बॅटरीच्या कार्यक्षमतेवर MnO2 अवक्षेपणाच्या परिणामाचे विश्लेषण.ली, एच. जे., पार्क, एस. आणि किम, एच. व्हॅनेडियम मॅंगनीज रेडॉक्स फ्लो बॅटरीच्या कार्यक्षमतेवर MnO2 निक्षेपणाच्या परिणामाचे विश्लेषण. Lee, HJ, Park, S. & Kim, H. MnO2 沉淀对钒/锰氧化还原液流电池性能影响的分析. ली, एच. जे., पार्क, एस. आणि किम, एच. एमएनओ२ली, एच. जे., पार्क, एस. आणि किम, एच. व्हॅनेडियम मॅंगनीज रेडॉक्स फ्लो बॅटरीच्या कार्यक्षमतेवर MnO2 निक्षेपणाच्या परिणामाचे विश्लेषण.जे. इलेक्ट्रोकेमिस्ट्री. सोशलिस्ट पार्टी. 165(5), A952-A956. https://doi.org/10.1149/2.0881805jes (2018).
शाह, एए, तंगीराला, आर., सिंग, आर., विल्स, आरजीए आणि वॉल्श, एफसी संपूर्ण-व्हॅनेडियम फ्लो बॅटरीसाठी एक डायनॅमिक युनिट सेल मॉडेल. शाह, एए, तंगीराला, आर., सिंग, आर., विल्स, आरजीए आणि वॉल्श, एफसी संपूर्ण-व्हॅनेडियम फ्लो बॅटरीसाठी एक डायनॅमिक युनिट सेल मॉडेल.शाह एए, तंगीराला आर, सिंग आर, विल्स आरजी आणि वॉल्श एफके यांनी संपूर्ण व्हॅनेडियम फ्लो बॅटरीच्या प्राथमिक सेलचे डायनॅमिक मॉडेल सादर केले. शाह, एए, टांगिराला, आर., सिंग, आर., विल्स, आरजीए आणि वॉल्श, एफसी 全钒液流电池的动态单元电池模型. शाह, एए, तंगीराला, आर., सिंग, आर., विल्स, आरजीए आणि वॉल्श, एफसी.शाह एए, तंगीराला आर, सिंग आर, विल्स आरजी आणि वॉल्श एफके यांनी संपूर्ण व्हॅनेडियम रेडॉक्स फ्लो बॅटरीच्या मॉडेल डायनॅमिक सेलचा शोध लावला.जे. इलेक्ट्रोकेमिस्ट्री. सोशलिस्ट पार्टी. 158(6), A671. https://doi.org/10.1149/1.3561426 (2011).
गंदोमी, वायए, ॲरॉन, डीएस, झावोडझिन्स्की, टीए आणि मेंच, एमएम संपूर्ण-व्हॅनेडियम रेडॉक्स फ्लो बॅटरीसाठी इन सिटू संभाव्य वितरण मापन आणि प्रमाणित मॉडेल. गंदोमी, वायए, ॲरॉन, डीएस, झावोडझिन्स्की, टीए आणि मेंच, एमएम संपूर्ण-व्हॅनेडियम रेडॉक्स फ्लो बॅटरीसाठी इन सिटू संभाव्य वितरण मापन आणि प्रमाणित मॉडेल.गांदोमी, यू. ए., ॲरॉन, डी. एस., झॅव्होडझिन्स्की, टी. ए. आणि मेंच, एम. एम. सर्व-व्हॅनेडियम फ्लो बॅटरी रेडॉक्स संभाव्यतेसाठी इन-सिटू संभाव्य वितरण मापन आणि प्रमाणित मॉडेल. Gandomi, YA, Aaron, DS, Zawodzinski, TA & Mench, MM 全钒氧化还原液流电池的原位电位分布测量和验勁桨。 Gandomi, YA, Aaron, DS, Zawodzinski, TA आणि Mench, MM.全vanadium oxidase redox液流液的原位संभाव्य वितरणाचे मापन आणि प्रमाणीकरण मॉडेल.गंदोमी, यू. ए., ॲरॉन, डी. एस., झॅव्होडझिन्स्की, टी. ए. आणि मेंच, एम. एम. सर्व-व्हॅनेडियम फ्लो रेडॉक्स बॅटरीसाठी इन-सिटू संभाव्य वितरणाचे मॉडेल मापन आणि पडताळणी.जे. इलेक्ट्रोकेमिस्ट्री. सोशलिस्ट पार्टी. 163(1), A5188-A5201. https://doi.org/10.1149/2.0211601jes (2016).
त्सुशिमा, एस. आणि सुझुकी, टी. इलेक्ट्रोड आर्किटेक्चर ऑप्टिमाइझ करण्यासाठी इंटरडिजिटेड फ्लो फील्डसह व्हॅनेडियम रेडॉक्स फ्लो बॅटरीचे मॉडेलिंग आणि सिम्युलेशन. त्सुशिमा, एस. आणि सुझुकी, टी. इलेक्ट्रोड आर्किटेक्चर ऑप्टिमाइझ करण्यासाठी इंटरडिजिटेड फ्लो फील्डसह व्हॅनेडियम रेडॉक्स फ्लो बॅटरीचे मॉडेलिंग आणि सिम्युलेशन.त्सुशिमा, एस. आणि सुझुकी, टी. इलेक्ट्रोड आर्किटेक्चरच्या ऑप्टिमायझेशनसाठी काउंटर-पोलराइज्ड फ्लो असलेल्या फ्लो-थ्रू व्हॅनेडियम रेडॉक्स बॅटरीचे मॉडेलिंग आणि सिम्युलेशन. Tsushima, S. & Suzuki, T. 具有叉指流场的钒氧化还原液流电池的建模和仿真，用于优化电极。 Tsushima, S. & Suzuki, T. 叉指流场的叉指流场的叉指流场的叉指流场的Vanadium ऑक्साइड रिडक्शन लिक्विड स्ट्रीम बॅटरी मॉडेलिंग आणि इलेक्ट्रोड स्ट्रक्चर ऑप्टिमाइझ करण्यासाठी सिम्युलेशन.त्सुशिमा, एस. आणि सुझुकी, टी. इलेक्ट्रोड संरचनेच्या ऑप्टिमायझेशनसाठी काउंटर-पिन फ्लो फील्डसह व्हॅनेडियम रेडॉक्स फ्लो बॅटरीचे मॉडेलिंग आणि सिम्युलेशन.जे. इलेक्ट्रोकेमिस्ट्री. सोशलिस्ट पार्टी. 167(2), 020553. https://doi.org/10.1149/1945-7111/ab6dd0 (2020).
सन, बी. आणि स्कायलास-काझाकोस, एम. व्हॅनेडियम रेडॉक्स फ्लो बॅटरी अनुप्रयोगासाठी ग्राफाइट इलेक्ट्रोड सामग्रीचे सुधारण—भाग १. सन, बी. आणि स्कायलास-काझाकोस, एम. व्हॅनेडियम रेडॉक्स फ्लो बॅटरी अनुप्रयोगासाठी ग्राफाइट इलेक्ट्रोड सामग्रीचे सुधारण—भाग १.सन, बी. आणि सायलास-काझाकोस, एम. व्हॅनेडियम रेडॉक्स बॅटरीसाठी ग्रॅफाइट इलेक्ट्रोड सामग्रीचे सुधारण – १. सन, बी. आणि स्कायलास-कझाकोस, एम. 石墨电极材料在钒氧化还原液流电池应用中的改性—I. सन, बी. आणि स्कायलास-काझाकोस, एम. व्हॅनेडियम ऑक्सिडेशन रिडक्शन लिक्विड बॅटरी ॲप्लिकेशनमध्ये हायड्रोजन इलेक्ट्रोड सामग्रीचे सुधारण—भाग १.सन, बी. आणि सायलास-काझाकोस, एम. व्हॅनेडियम रेडॉक्स बॅटरीमध्ये वापरण्यासाठी ग्राफाइट इलेक्ट्रोड सामग्रीचे सुधारण – १.उष्णता उपचार इलेक्ट्रोकेम. अ‍ॅक्टा 37(7), 1253-1260. https://doi.org/10.1016/0013-4686(92)85064-R (1992).
लिऊ, टी., ली, एक्स., झांग, एच. आणि चेन, जे. सुधारित पॉवर घनतेसह व्हॅनेडियम फ्लो बॅटरी (VFBs) साठी इलेक्ट्रोड सामग्रीवरील प्रगती. लिऊ, टी., ली, एक्स., झांग, एच. आणि चेन, जे. सुधारित पॉवर घनतेसह व्हॅनेडियम फ्लो बॅटरी (VFBs) साठी इलेक्ट्रोड सामग्रीवरील प्रगती.लिऊ, टी., ली, एक्स., झांग, एच. आणि चेन, जे. सुधारित पॉवर घनतेसह व्हॅनेडियम फ्लो बॅटरी (VFB) साठी इलेक्ट्रोड सामग्रीमधील प्रगती. लिऊ, टी., ली, एक्स., झांग, एच. आणि चेन, जे. 提高功率密度的钒液流电池(VFB) 电极材料的进展. लिऊ, टी., ली, एक्स., झांग, एच. आणि चेन, जे.लिऊ, टी., ली, एस., झांग, एच. आणि चेन, जे. वाढीव पॉवर घनतेसह व्हॅनेडियम रेडॉक्स फ्लो बॅटरी (VFB) साठी इलेक्ट्रोड सामग्रीमधील प्रगती.जे. एनर्जी केमिस्ट्री. 27(5), 1292-1303. https://doi.org/10.1016/j.jechem.2018.07.003 (2018).
लिऊ, क्यूएच आणि इतर. ऑप्टिमाइझ केलेल्या इलेक्ट्रोड कॉन्फिगरेशन आणि मेम्ब्रेन निवडीसह उच्च कार्यक्षम व्हॅनेडियम रेडॉक्स फ्लो सेल. जे. इलेक्ट्रोकेमिस्ट्री. सोशलिस्ट पार्टी. 159(8), A1246-A1252. https://doi.org/10.1149/2.051208jes (2012).
वेई, जी., जिया, सी., लिऊ, जे. आणि यान, सी. व्हॅनेडियम रेडॉक्स फ्लो बॅटरी अनुप्रयोगासाठी कार्बन फेल्ट समर्थित कार्बन नॅनोट्यूब उत्प्रेरक संमिश्र इलेक्ट्रोड. वेई, जी., जिया, सी., लिऊ, जे. आणि यान, सी. व्हॅनेडियम रेडॉक्स फ्लो बॅटरी अनुप्रयोगासाठी कार्बन फेल्ट समर्थित कार्बन नॅनोट्यूब उत्प्रेरक संमिश्र इलेक्ट्रोड.वेई, जी., जिया, क्यू., लिऊ, जे. आणि यांग, के. व्हॅनेडियम रेडॉक्स बॅटरीमध्ये वापरण्यासाठी कार्बन फेल्ट सब्सट्रेटसह कार्बन नॅनोट्यूबवर आधारित संमिश्र इलेक्ट्रोड उत्प्रेरक. वेई, जी., जिया, सी., लियू, जे. आणि यान, सी. 用于钒氧化还原液流电池应用的碳毡负载碳纳米管催化化。 वेई, जी., जिया, सी., लिऊ, जे. आणि यान, सी. व्हॅनेडियम ऑक्सिडेशन रिडक्शन लिक्विड फ्लो बॅटरी ऍप्लिकेशनसाठी कार्बन फेल्ट-लोडेड कार्बन नॅनोट्यूब उत्प्रेरक संमिश्र इलेक्ट्रोड.वेई, जी., जिया, क्यू., लिऊ, जे. आणि यांग, के. व्हॅनेडियम रेडॉक्स बॅटरीमध्ये वापरासाठी कार्बन फेल्ट सब्सट्रेटसह कार्बन नॅनोट्यूब उत्प्रेरकाचा संयुक्त इलेक्ट्रोड.जे. पॉवर. 220, 185–192. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2012.07.081 (2012).
मून, एस., क्वॉन, बीडब्ल्यू, चुंग, वाय. आणि क्वॉन, वाय. व्हॅनेडियम रेडॉक्स फ्लो बॅटरीच्या कार्यक्षमतेवर आम्लयुक्त सीएनटीवर लेपित बिस्मथ सल्फेटचा परिणाम. मून, एस., क्वॉन, बीडब्ल्यू, चुंग, वाय. आणि क्वॉन, वाय. व्हॅनेडियम रेडॉक्स फ्लो बॅटरीच्या कार्यक्षमतेवर आम्लयुक्त सीएनटीवर लेपित बिस्मथ सल्फेटचा परिणाम.मून, एस., क्वॉन, बीडब्ल्यू, चांग, ​​वाय. आणि क्वॉन, वाय. ऑक्सिडाइज्ड सीएनटीवर जमा केलेल्या बिस्मथ सल्फेटचा फ्लो-थ्रू व्हॅनेडियम रेडॉक्स बॅटरीच्या वैशिष्ट्यांवर होणारा प्रभाव. मून, एस., क्वॉन, बीडब्ल्यू, चुंग, वाई. आणि क्वॉन, वाई. 涂在酸化CNT 上的硫酸铋对钒氧化还原液流电池性能的影响. मून, एस., क्वॉन, बीडब्ल्यू, चुंग, वाय. आणि क्वॉन, वाय. व्हॅनेडियम ऑक्सिडेशन रिडक्शन लिक्विड फ्लो बॅटरीच्या कार्यक्षमतेवर सीएनटी ऑक्सिडेशनवर बिस्मथ सल्फेटचा परिणाम.मून, एस., क्वॉन, बीडब्ल्यू, चांग, ​​वाय. आणि क्वॉन, वाय. ऑक्सिडाइज्ड सीएनटीवर जमा केलेल्या बिस्मथ सल्फेटचा फ्लो-थ्रू व्हॅनेडियम रेडॉक्स बॅटरीच्या वैशिष्ट्यांवर होणारा प्रभाव.जे. इलेक्ट्रोकेमिस्ट्री. सोशलिस्ट पार्टी. 166(12), A2602. https://doi.org/10.1149/2.1181912jes (2019).
हुआंग आर.-एच. व्हॅनेडियम रेडॉक्स फ्लो बॅटरीसाठी Pt/मल्टीलेयर कार्बन नॅनोट्यूब सुधारित सक्रिय इलेक्ट्रोड. जे. इलेक्ट्रोकेमिस्ट्री. सोशलिस्ट पार्टी. 159(10), A1579. https://doi.org/10.1149/2.003210jes (2012).
कान, एस. व इतर. व्हॅनेडियम रेडॉक्स फ्लो बॅटरीमध्ये ऑर्गॅनोमेटॅलिक स्कॅफोल्ड्सपासून मिळवलेल्या नायट्रोजन-डोप केलेल्या कार्बन नॅनोट्यूबने सुशोभित केलेले इलेक्ट्रोकॅटॅलिस्ट वापरले जातात. जे. इलेक्ट्रोकेमिस्ट्री. सोशलिस्ट पार्टी. 165(7), A1388. https://doi.org/10.1149/2.0621807jes (2018).
खान, पी. व इतर. व्हॅनेडियम रेडॉक्स फ्लो बॅटरीमध्ये VO2+/ आणि V2+/V3+ रेडॉक्स कपल्ससाठी ग्राफीन ऑक्साईड नॅनोशीट्स उत्कृष्ट इलेक्ट्रोकेमिकली सक्रिय सामग्री म्हणून काम करतात. कार्बन 49(2), 693–700. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2010.10.022 (2011).
गोंझालेझ झेड. आणि इतर. व्हॅनेडियम रेडॉक्स बॅटरी अनुप्रयोगांसाठी ग्राफीन-सुधारित ग्राफाईट फेल्टची उत्कृष्ट इलेक्ट्रोकेमिकल कामगिरी. जे. पॉवर. 338, 155-162. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2016.10.069 (2017).
गोंझालेझ, झेड., विझिरेनु, एस., डिनेस्कू, जी., ब्लँको, सी. आणि सांतामारिया, आर. व्हॅनेडियम रेडॉक्स फ्लो बॅटरीमध्ये नॅनोस्ट्रक्चर्ड इलेक्ट्रोड सामग्री म्हणून कार्बन नॅनोवॉल पातळ फिल्म्स. गोंझालेझ, झेड., विझिरेनु, एस., डिनेस्कू, जी., ब्लँको, सी. आणि सांतामारिया, आर. व्हॅनेडियम रेडॉक्स फ्लो बॅटरीमध्ये नॅनोस्ट्रक्चर्ड इलेक्ट्रोड सामग्री म्हणून कार्बन नॅनोवॉल पातळ फिल्म्स.गोंझालेझ झेड., विझिरियानू एस., डिनेस्कू जी., ब्लँको सी. आणि सांतामारिया आर. व्हॅनेडियम रेडॉक्स फ्लो बॅटरीमध्ये नॅनोस्ट्रक्चर्ड इलेक्ट्रोड सामग्री म्हणून कार्बन नॅनोवॉलचे पातळ थर.González Z., Vizirianu S., Dinescu G., Blanco S. आणि Santamaria R. व्हॅनेडियम रेडॉक्स फ्लो बॅटरीमध्ये नॅनोस्ट्रक्चर्ड इलेक्ट्रोड मटेरियल म्हणून कार्बन नॅनोवॉल फिल्म्स. नॅनो एनर्जी 1(6), 833–839. https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2012.07.003 (2012).
ओपार, डीओ, नानक्या, आर., ली, जे. आणि जंग, एच. उच्च-कार्यक्षम व्हॅनेडियम रेडॉक्स फ्लो बॅटरीसाठी त्रि-आयामी मेसोपोरस ग्राफीन-सुधारित कार्बन फेल्ट. ओपार, डीओ, नानक्या, आर., ली, जे. आणि जंग, एच. उच्च-कार्यक्षम व्हॅनेडियम रेडॉक्स फ्लो बॅटरीसाठी त्रि-आयामी मेसोपोरस ग्राफीन-सुधारित कार्बन फेल्ट.ओपर डीओ, नानक्या आर., ली जे., आणि युंग एच. उच्च-कार्यक्षम व्हॅनेडियम रेडॉक्स फ्लो बॅटरीसाठी त्रि-आयामी ग्राफीन-सुधारित मेसोपोरस कार्बन फेल्ट. Opar, DO, Nankya, R., Lee, J. & Jung, H. 用于高性能钒氧化还原液流电池的三维介孔石墨烯改性。 ओपर, डीओ, नानक्या, आर., ली, जे. आणि जंग, एच.ओपर डीओ, नानक्या आर., ली जे., आणि युंग एच. उच्च-कार्यक्षम व्हॅनेडियम रेडॉक्स फ्लो बॅटरीसाठी त्रि-आयामी ग्राफीन-सुधारित मेसोपोरस कार्बन फेल्ट.इलेक्ट्रोकेम. अॅक्ट 330, 135276. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2019.135276 (2020).