英国研究人员提出混有石墨烯的碳纸电极 提高氧化还原液流电池化学性能

英国研究人员利用电泳沉积氮掺杂石墨烯(N-G)改性的标准碳纸电极，提高了利用于氧化还原流电池的混合氧化还原流电池的电化学性能。根据他们的研究结果，这些电极能够满足这些HRFC的苛刻电化学要求，并具有更强的性能和操作性。

来自华威大学和伦敦帝国理工学院的英国研究团队提出利用混合电极使氧化还原流电池(RFB)更接近商业可行性。

科学家们利用标准碳纸电极(CP)与电泳沉积的氮掺杂石墨烯(N-G)改性，他们声称这种电极能够满足混合氧化还原流电池(HRFC)的电化学要求。这些电池是开发可靠的大规模氧化还原流存储系统的关键部件，通常由一个电化学电池、一个储罐和一个氢气或氧气气瓶组成。

然而，HRFCs的高成本以及低循环性能，与常用碳基电极相关的不兼容性，迄今为止限制了其商业可行性。研究人员表示：“为了实现成本效益和最大化RFB和HRFCs的利益，它们需要在更高的电流密度下运行，因为这可以有效地减少每堆电池的尺寸和数量。这基本上取决于HRFC电极在其微观结构特征方面的工程效率，以及它们能够在多大程度上应对其苛刻的工作条件。”

学者们将混合电极应用于三种类型的HRFC：氢/钒(RHVFC)装置；氢/锰(RHMnFC)电池；以及多硫化物/空气(S-Air)装置。一种无粘结剂的水平电泳沉积（EPD）技术被用来激活电极。EPD是一个两步过程，使悬浮在胶体溶液中的颗粒能够被收集到基底上。据科学家们介绍，这种技术是一种无粘结剂的过程，可以精确控制少层石墨烯颗粒的沉积，并排除石墨烯聚合体。他们解释说：“作为气体扩散层的碳纸（CP）（SGL10AA，以下简称SGL）被用作RHVFC和RHMnFC的正极，以及S-Air电池的负极。”

进行了测试，将这三种电极的电化学性能与市面上的液态液态全钒RFB进行了比较。英国小组总结道：“我们已经证明，这些电极能够满足这些HRFCs的苛刻电化学要求，这一点从它们增强的性能和可操作性中可以看出，这归功于这些电极的高特异性来自于增强的电化学表面积、化学/电化学稳定性和催化活性的协同效应。此外，估计的系统成本表明，HRFCs是商业标准VRFB的潜在低成本替代品。”

展望未来，学者们正计划通过用N-G改性电极或独立的分层纳米材料结构取代传统的碳电极来优化HRFCs。他们的发现被发表在ACS出版物上的《通过无粘结剂和电泳沉积氮掺杂石墨烯在碳纸电极上具有增强的电化学性能的混合氧化还原流通池》中进行了研究。