The Role of Oxygenic Groups and sp 3 Carbon Hybridization in Activated Graphite Electrodes for Vanadium Redox Flow Batteries

氧化还原 石墨 电极 化学 电化学 碳纤维 无机化学 材料科学 有机化学 物理化学 复合数 复合材料
作者
Ali Hassan,Asnake Sahele Haile,Théodore Tzedakis,Heine Anton Hansen,Piotr de Silva
出处
期刊:Chemsuschem [Wiley]
卷期号:14 (18): 3945-3952 被引量:32
标识
DOI:10.1002/cssc.202100966
摘要

Abstract Graphite felt is a widely used electrode material for vanadium redox flow batteries. Electrode activation leads to the functionalization of the graphite surface with epoxy, OH, C=O, and COOH oxygenic groups and changes the carbon surface morphology and electronic structure, thereby improving the electrode's electroactivity relative to the untreated graphite. In this study, density functional theory (DFT) calculations are conducted to evaluate functionalization's contribution towards the positive half‐cell reaction of the vanadium redox flow battery. The DFT calculations show that oxygenic groups improve the graphite felt's affinity towards the VO 2+ /VO 2 + redox couple in the following order: C=O>COOH>OH> basal plane. Projected density‐of‐states (PDOS) calculations show that these groups increase the electrode's sp 3 hybridization in the same order, indicating that the increase in sp 3 hybridization is responsible for the improved electroactivity, whereas the oxygenic groups’ presence is responsible for this sp 3 increment. These insights can aid the selection of activation processes and optimization of their parameters.
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