隨波逐流：深入研究?jī)?chǔ)能電池的電極

作為一種電網(wǎng)規(guī)模的儲(chǔ)能系統(tǒng)，液流電池作為解決可再生能源波動(dòng)和間歇性挑戰(zhàn)的一種手段而受到越來越多的關(guān)注。

全釩氧化還原液流電池 (VRFB) 因其高效率、可擴(kuò)展性、安全性、接近室溫的操作條件以及獨(dú)立調(diào)整功率和能量容量的能力，已成為固定電網(wǎng)儲(chǔ)能的有前途的解決方案。氧化還原液流電池中的氧化還原反應(yīng)發(fā)生在與電解質(zhì)接觸的電極表面。對(duì)電極表面的任何修改都會(huì)影響電化學(xué)活性并影響電池的整體性能。

為了延長(zhǎng) VRFB 的使用壽命，勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室 (LLNL) 的科學(xué)家和西北太平洋國(guó)家實(shí)驗(yàn)室 (PNNL) 的合作者探索了碳電極的表面功能及其在電化學(xué)循環(huán)過程中的降解傾向。

該團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了基于碳 K 邊 X 射線吸收光譜 (XAS) 的實(shí)驗(yàn)-理論耦合方法，以表征不同條件下制備的碳電極，并識(shí)別有助于獨(dú)特光譜特征的相關(guān)官能團(tuán)。

“我們的研究確定了碳電極上存在的活性物質(zhì)，它們?cè)跊Q定其電化學(xué)性能方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，”LLNL 研究員 Wenyu Sun 說，他是《ACS 應(yīng)用材料與界面》雜志上發(fā)表的論文的第一作者。

Sun 表示，XAS 是實(shí)驗(yàn)的理想選擇，因?yàn)樗茄芯刻茧姌O成分的一種特別強(qiáng)大的方法，因?yàn)樗峁┝嗽靥囟ǖ木植侩娮咏Y(jié)構(gòu)(因此也提供了鍵合環(huán)境)以及深度分析的能力，從而可以進(jìn)行比較表面和本體電極的組成。

在 LLNL 量子模擬小組的計(jì)算材料科學(xué)家、該論文的通訊作者 Sabrina Wan 的帶領(lǐng)下，該團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了密度泛函理論 (DFT) 計(jì)算，以獲得功能化碳電極中存在的相關(guān)碳原子的 XAS 特征。與不同電荷狀態(tài)的釩氧化還原絡(luò)合物相互作用后。

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