DOI:10.1016/j.scib.2020.12.019

制备具有大比表面积（SSA）和高渗透性的电极一直是氧化还原液流电池（RFB）的目标。在这项工作中，研究者提出了一种新颖的ZIF-8辅助蚀刻方法，以在定向电极结构的静电纺丝过程中形成多孔纤维。蚀刻方法可以形成孔径约为50nm的多孔纤维，为氧化还原反应提供较大的活性表面积，而直径为3-5µm的多孔纤维定向宏观结构确保了沿纤维方向的高渗透性。将制备的电极应用于钒氧化还原液流电池（VRFB），在200 mA cm-2的电流密度下可实现87.2％的能量效率（EE），比传统的电纺碳电极高13.3％。即使在300和400 mA cm-2的高电流密度下，电池仍可保持83.3％和79.3％的能量效率。更令人兴奋的是，所制备的电极可产生4500 mA cm-2的高极限电流密度和1.6 W cm-2的峰值功率密度。静电纺丝法结合ZIF-8辅助蚀刻方法以及形成有序纤维结构的方法有望为RFBs提供更高性能的电极。

图1.（a）通过原位生长ZIF-8纳米粒子并在热解过程中进行蚀刻来合成PAECF。（b）示意图说明了所制备的PAECF的结构和功能。

图2.（a）PAN/ZIF-8纤维的SEM图像，（b）TEM图像和（c）元素映射。（d）纤维表面上ZIF-8颗粒的高分辨率TEM图像。（e）ZIF-8的高分辨率图像。（f）ZIF-8的XRD图。（g）多孔碳纤维的SEM图像和（h）TEM图像。（i）多孔碳纤维的元素图。

图3.（a1）DECF和（a2）单DECF的宏观形态SEM图像。（b1）AECF和（b2）单AECF的宏观形态SEM图像。（c1）初纺PAN/Zn（NO3）2致密纤维，（c2），（c3）PAN/ZIF-8致密纤维和（c4）原位蚀刻后PDECF的宏观形态SEM图像。（d1）初纺PAN/Zn（Ac）2定向纤维，（d2），（d3）PAN/ZIF-8定向纤维，（d4）原位蚀刻后PAECF的宏观形态SEM图像。（e）所制备电极的N2吸附/解吸等温线和（f）大孔尺寸分布。

图4.在20 mV s-1下，DECF、AECF、PDECF和PAECF的（a）V3+/V2+和（b）VO2+/VO2+的CV曲线。（c）正峰值电流和（d）负峰值电流与扫描速率平方根的关系图。EIS在（e）-0.5V和（f）0.9V下相对于SCE的曲线图。

图5.带有DECF、AEECF、PDECF和PAECF电极的电池在（a）100，（b）200和（c）300 mA cm-2下的充放电曲线。（d）带有DECF、AECF、PDECF和PAECF电极的电池在不同电流密度下的CE和VE，（e）EE，（f）平均充放电电压，（g）放电容量，（h）极化曲线和（i）功率密度。

图6.使用PAECF电极的VRFB在200 mA cm-2的电流密度下的循环性能。