3D Carbon Nanonetwork Coated Composite Electrode with Multi-Heteroatom Doping for High-Rate Vanadium Redox Flow Batteries

材料科学 杂原子 钒 电化学 电极 化学工程 氧化还原 碳化 电化学动力学 限制电流 聚合 无机化学 聚合物 化学 复合材料 扫描电子显微镜 有机化学 冶金 物理化学 工程类 戒指(化学)
作者
Wei Ling,Xiongwei Wu,Funian Mo
出处
期刊:Polymers [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:14 (23): 5269-5269 被引量:5
标识
DOI:10.3390/polym14235269
摘要

With the advantages of benign mechanical property, electrochemical stability, and low cost, graphite fibers (GFs) have been widely used as electrodes for vanadium redox flow batteries (VRFBs). However, GFs usually possess inferior electrochemical activity and ion diffusion kinetics for electrode reaction, vastly limiting their application in VRFBs. Here, a 3D carbon nanonetwork coated GFs with multi-heteroatom doping was constructed for application in VRFBs via low temperature polymerization between linear polymer monomer and phytic acid, and subsequent carbonization (900 °C) on the GFs (GF@PCNs-900). Benefiting from the 3D structural features and multi-heteroatom doping (O, N and P), the composite electrode displayed sufficient diffusion of vanadium ions, rapid electron conduction, and highly enhanced electrochemical activity of reactive site on the electrodes. As a result, the GF@PCNs-900 delivered a high discharge capacity of 21 Ah L−1 and energy efficiency of above 70% with extraordinary stability during 200 cycles at 200 mA cm−2. Even at a huge current density of 400 mA cm−2, the GF@PCNs-900 still maintained a discharge capacity of 5.0 Ah L−1, indicating an excellent rate of performance for VRFBs. Such design strategy opens up a clear view for further development of energy storage field.

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