DOI:10.1016/j.apenergy.2020.115235

提高电极的传输性能并扩大其比表面积是实现高功率密度水性氧化还原液流电池的关键。在这项工作中，研究者通过在定向电纺碳纤维表面上原位生长一层碳纳米纤维来设计和制备分层有序的碳纤维（CNF-AECF）电极。定向宏观结构提供了电解质传输途径，而高度多孔的碳纳米纤维层提供了高达108 m2 g-1的大比表面积，为氧化还原反应提供了丰富的活性位点。循环伏安法测试显示，在10 mV s-1的扫描速率下，负极峰电位分离从92.77 mV降低至55.01 mV，而正极峰电位分离从92.77 mV降低至88.65 mV。将所制备的材料用作钒氧化还原液流电池的正极，在300 mA cm-2的电流密度下，能量效率为80.1％，在400 mA cm-2的电流密度下，能量效率为75.0％，与原始电纺碳纤维电极相比，分别提高了5.0％和6.6％。研究结果表明，自制的碳电极具有合理的几何结构和表面性质，有望实现水性氧化还原液流电池的高功率密度。

图1.CNF-AECF电极的合成示意图。

图2.（a）PAN/PVP聚合物溶液的喷射路径，（b）初纺PAN/PVP毡的数码照片，（c）PAN/PVP纤维宏观结构的SEM图像，（d）PAN/PVP/Ni（NO3）2溶液的喷射路径，（e）初纺PAN/PVP/Ni（NO3）2毡的数码照片，（f）初纺垫子定向结构的宏观结构。

图3.（a）-（c）ECF电极的SEM图像，（d）-（f）CNF-AECF电极的SEM图像，以及（g）酸洗后CNF-AECF纤维的SEM图像，（h）CNF-AECF纤维的TEM图像，（i）酸洗后CNF的高分辨率TEM图像。

图4.（a）CNF-AECF和ECF样品的N2吸附/解吸等温线、（b）孔径分布和（c）双层电容。

图5.（a）CNF-AECF和ECF样品的XRD图、（b）拉曼光谱、（c）XPS全扫描、（d）高分辨率C 1s、（e）高分辨率N 1s和（f）高分辨率O 1s光谱。

图6.（a）CNF-AECF和ECF电极在10 mV s-1扫描速率下的正极侧CV比较，（b）CNF-AECF电极和（c）ECF电极在不同扫描速度下对VO2+/VO2+氧化还原反应的CV曲线，（d）不同扫描速度下，正极电流与负极电流（Ipc/Ipa）的比率，（e）峰值电流与扫描率平方根的关系，以及（f）负极侧EIS比较。

图7.两端带有CNF-AECF正极和ECF电极的电池的充放电曲线，（a）电流密度为200 mA cm -2，SOC分别为12-93％和17-87％，（b）电流密度为300 mA cm-2，SOC分别为16-87％和26-79％，以及（c）电流密度为400 mA cm-2，SOC分别为20-78％和34–61％，（d）两个电池在不同电流密度下的CE、VE、（e）EE和（f）放电容量。

图8.（a）在500个循环中，电流密度为200 mA cm-2时，带有CNF-AECF正极的电池的CE、VE和EE以及（b）比容量。