Bismuth Single Atoms Regulated Graphite Felt Electrode Boosting High Power Density Vanadium Flow Batteries

化学 钒 铋 电化学 电极 石墨 极化(电化学) 流动电池 功率密度 无机化学 电解质 功率(物理) 有机化学 物理化学 热力学 物理
作者
Fei Xing,Qiang Fu,Feng Xing,Jian Zhao,Haoyang Long,Tao Liu,Xianfeng Li
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:146 (38): 26024-26033 被引量:95
标识
DOI:10.1021/jacs.4c04951
摘要

Vanadium flow batteries (VFBs) are considered one of the most promising candidates for large-scale energy storage. However, VFBs suffer from relatively low power density due to severe electrochemical polarization. Herein, we report Bi single atoms supported by an N-doped carbon-regulated graphite felt electrode (Bi SAs/NC@GF) with high electrocatalytic activity and stability, owing to the greatly improved active sites and optimized Bi–N 4 configuration. Electrochemical in situ characterization and theoretical calculations elucidate the desolvation process and specific inner sphere reaction mechanism of [V(H 2 O) 6 ] 3+ /[V(H 2 O) 6 ] 2+ . As a result, a VFB single cell assembled with Bi SAs/NC@GF achieves a much higher energy efficiency of 81.1% at 240 mA cm –2 than NC@GF (70.5%). Moreover, a 5 kW VFB stack equipped with Bi SAs/NC@GF is assembled for the first time and ran stably for over 400 cycles. This work confirms that a single-atom catalyst is efficient for scalable VFBs with high power density and low cost.
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