DOI：10.1016/j.apenergy.2019.114198

在流场结构的钒氧化还原电池中，提高电极在通面和面内方向的透水性是至关重要的，因为它可以促进反应物的均匀分布，降低浓度过电位，从而提高电池性能。采用静电纺丝法制备了直径为7～12μm（平均10μm）的单轴取向碳纤维电极。由于取向结构的渗透性增强，在电流密度为100 mA cm⁻²时，与所制备电极组装的电池的能效为84.4%，比传统电纺纤维电极的能效高13.2%。通过调节对准的纤维相对于流动通道的取向，进一步调整了面内方向上的渗透性。结果表明，当排列的纤维的取向垂直于流动通道的方向时，电池可提供最大的放电容量和最高的极限电流密度（〜900 mA cm^-2）。电池性能的这种提高可归因于通过最大限度地沿着垂直于流动通道的方向渗透而使反应物和电流的面内分布更均匀，正如三维模型所证明的那样。

图1.（a）3D计算域的示意图。（b）液流通道和电极的剖视图。（c）气流对与x轴成θ角的对齐纤维的渗透率。

图2.（a）静电纺丝原理图和制造常规ECF的条件。（b）传统电纺垫的数码照片。 （c）-（e）不同放大倍数下常规ECF的SEM图像。（f）静电纺丝的示意图以及制造对齐ECF的条件。（g）对齐的电纺垫的数码照片。（h）-（j）在不同放大倍数下对齐的ECF的SEM图像。

图3.（a）-（c）在电流密度为60、80和100 mA cm^-2的情况下，具有常规ECF和对准的ECF电极的电池的充放电曲线。（d）两种电极的CE和VE比较。（e）两种电极的EE比较。（f）具有常规ECF和对齐的ECF电极的电池的极化曲线。

图4.垂直方向，对角线方向和平行方向配置的示意图。（a）–（c）：蛇形通道的3D视图，其排列的纤维电极方向不同。（d）–（f）：三种配置的俯视图：红线表示通道中的主要流动方向，黑线表示纤维方向。

图5.在电流密度为60至250 mA cm^-2的情况下，三种不同排列的对齐电极的充放电曲线。

图6.（a）具有三个不同的对齐电极排列的电池的CE和VE。（b）具有三个不同的对齐电极排列的电池的EE。三个不同电极配置的（c）极化曲线和（d）放电容量。

图7.对准电极的垂直方向组件的循环性能。（a）效率和（b）200个循环内的比容量。

图8.（a）–（c）三种布置的切割平面上的速度大小和矢量z=0.1 mm。（d）–（f）三种布置在切割平面上的电流密度分布z=0.1 mm。（g）-（i）物种V²⁺在切割平面上的浓度分布z=0.1 mm。