Nitrogen, phosphorus, and sulfur co-doped carbon nanotubes/melamine foam composite electrode for high-performance vanadium redox flow battery

材料科学 杂原子 三聚氰胺 碳纳米管 电极 化学工程 复合数 流动电池 碳纤维 氧化还原 石墨烯泡沫 无机化学 纳米技术 复合材料 石墨烯 有机化学 氧化石墨烯纸 化学 冶金 电解质 物理化学 工程类 戒指(化学)
作者
Xihao Zhang,Lansong Liu,Shaoyu Hou,Qi Zhou,Yanbo Zhang,Xuehui Chen,Nianwen Pu,Jianguo Liu,Chuanwei Yan
出处
期刊:Journal of Materials Science & Technology [Elsevier BV]
卷期号:190: 127-134 被引量:35
标识
DOI:10.1016/j.jmst.2023.12.029
摘要

The high cost and complex modification process of carbon felt electrodes limits its further popularization in vanadium redox flow batteries (VFBs). By introducing low-cost melamine foam, nitrogen, phosphorus, and sulfur co-doped carbon nanotubes/ melamine foam composite electrode (NPS-CNTs-CMF) is designed and fabricated via immersing melamine foam in a solution containing N, P, and S co-doped CNTs. The integration of modified CNTs significantly enhances the conductivity and hydrophilicity of the electrode. Moreover, the composite electrode also demonstrates outstanding electrocatalytic activity owing to the heteroatom doping that further inspired the electrocatalytic activity of CNTs. Density function theory calculations further uncover that introducing heteroatoms on CNTs not only promotes the adsorption of vanadium ions but also facilitates the electron transfer between vanadium ions and MF substrate. As a result, the battery loading with NPS-CNTs-CMF exhibits excellent battery performance, achieving energy efficiency of 80.12% at 300 mA cm–2. Additionally, the long-term cycling stability is attained over 200 consecutive charge-discharge cycles at 300 mA cm−2. This study provides a novel melamine foam material with low cost and simple modification, and this new composite structure stimulates the development of high-performance electrodes in VFBs.
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