Vanadium Redox Flow Battery Using Electrocatalyst Decorated with Nitrogen-Doped Carbon Nanotubes Derived from Metal-Organic Frameworks

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作者
Chanho Noh,Chang‐Soo Lee,Won Seok,Yongjin Chung,Jong Hak Kim,Yongchai Kwon
出处
期刊:Journal of The Electrochemical Society [Institute of Physics]
卷期号:165 (7): A1388-A1399 被引量:60
标识
DOI:10.1149/2.0621807jes
摘要

Highly porous zeolitic-imidazole frameworks (ZIFs) are synthesized to produce N-doped mesoporous carbon electrocatalysts via calcination. The N-doped carbon (m-NC) and carbon nanotubes (m-NCNT) are obtained from ZIF-8 and ZIF-67, while the core-shell structure of ZIF-8@ZIF-67 produced with ZIF-8 seeds (m-NC@NCNT) is prepared by hydrothermal method. Chemical and optical evaluations of the catalysts are characterized using BET, FT-IR, XPS, XRD, Raman spectroscopy and SEM/STEM and they are used as the catalysts for redox reactions of vanadium ions and redox flow battery (VRFB) performance. In the utilization, m-NC@NCNT and m-NCNT are effective for improving VO2+/VO2+ redox reaction, although m-NC does not influence that. Even in VRFB tests using the catalysts, charge/discharge potential and energy efficiency (EE) of m-NC@NCNT and m-NCNT are highest, not to mention excellent EE resilience after undergoing tougher cycling condition. These results are due to the large graphitic-N portion of the two catalysts. Namely, electrons produced by the graphitic-N are delocalized, forming pi-conjugated system and vanadium–nitrogen transition state. This state then promotes electron transfer during VO2+/VO2+ redox reaction and VRFB performance.
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