Highly hydroxylated carbon fibres as electrode materials of all-vanadium redox flow battery

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作者
Yue Lu,Weishan Li,Fengqiang Sun,Lingzhi Zhao,Lidan Xing
出处
期刊:Carbon [Elsevier]
卷期号:48 (11): 3079-3090 被引量:469
标识
DOI:10.1016/j.carbon.2010.04.044
摘要

A highly effective hydroxylated-functionalization of carbon fibres for use as electrodes of all-vanadium redox flow battery (VRFB) was developed. Carbon paper made of carbon fibres was hydroxylated ultrasonically with mixed acids (H2SO4/HNO3, VH2SO4/VHNO3 = 3/1) in a Teflon-lined stainless steel autoclave for different time at 80 °C. The structure, composition, and electrochemical properties of the treated samples for positive and negative electrodes of VRFB were characterized with Fourier transformation infrared spectroscopy, thermogravimetric analysis, X-ray photoelectron spectrometry, scanning electron microscopy, X-ray diffraction, cyclic voltammetry, electrochemical impedance spectroscopy, and cell charge and discharge tests. The content of hydroxyl group changes from 3.8% for the untreated sample to 14.3% for the carbon paper treated in mixed acids for 10 h. The highly hydroxylated sample shows its high activity toward the redox reactions of V(II)/V(III) and V(IV)/V(V). The VRFB using the carbon paper treated for 8 h as the electrodes exhibits excellent performance under a current density of 10 mA cm−2. The average voltage efficiency reaches 91.3%, and the average energy efficiency reaches 75.1%. The mechanisms for the high hydroxylation of the carbon fibres with the mixed acids and the high activity of the treated sample toward the vanadium redoxs are discussed.

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