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?港城大AM：基于電子調(diào)控鉍原子表面-孔界面的釩氧化還原流電池解耦活化與遷移

全釩氧化還原液流電池（VRFB）有望為利用可再生能源實(shí)現(xiàn)低成本和電網(wǎng)規(guī)模的電力存儲提供途徑。然而，高負(fù)載催化劑的傳質(zhì)和活化過程的相互作用使得驅(qū)動高性能密度 VRFB 具有挑戰(zhàn)性。

在此，香港城市大學(xué)Walid A. Daoud團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一種表面-孔催化界面結(jié)構(gòu)電極，以產(chǎn)生高性能的VRFB，其中的關(guān)鍵在于從原子尺度的催化表面到介孔到微米孔的活化和傳輸過程解耦。電子調(diào)節(jié)首次在VRFB中使用了單原子，在Mn₃O₄亞支架上產(chǎn)生了高活性的Bi原子暴露催化表面，加速了V³⁺/V²⁺轉(zhuǎn)換，進(jìn)一步闡明了內(nèi)部機(jī)理。

圖1. Bi原子的結(jié)構(gòu)和表面表征

總之，該功能界面在不對稱 Bi-O-Mn 結(jié)構(gòu)中容納電子調(diào)節(jié)的原子 Bi 催化劑，加速 V³⁺/V²⁺ 轉(zhuǎn)換。此外，相比傳統(tǒng)的運(yùn)輸受限催化劑，介孔 Mn₃O₄子支架，用于氧化還原活性物質(zhì)的快速穿梭，從而使位點(diǎn)可及性最大化。

通過將該界面原位接枝到微米多孔碳?xì)郑˙i1-sMn₃O₄-CF）上，實(shí)現(xiàn)了高性能液流電池，即使在400 mA cm^-2的高電流密度下，也能產(chǎn)生76.72%的創(chuàng)紀(jì)錄高能量效率，峰值功率密度為 1.503 W cm^-2 ，超過了不含 Bi 催化劑的 sMn₃O₄-CF 電池（62.60%，0.978 W cm^-2 ）。此外，該電池具有超過 1500 次循環(huán)的非凡耐用性，這標(biāo)志著可持續(xù) RFB 的重大突破。

圖2. 全電池性能

Decoupling Activation and Transport by Electron-Regulated Atomic-Bi Harnessed Surface-To-Pore Interface for Vanadium Redox Flow Battery, Advanced Materials 2023 DOI: 10.1002/adma.202305415

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