華北理工《JMST》封面:全釩液流電池金屬和金屬氧化物催化劑進展
第一作者:呂彥蓉
通訊作者:何章興 教授
通訊單位:華北理工大學
DOI:10.1016/j.jmst.2020.09.042
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該論文介紹了近年來金屬和金屬氧化物催化劑在全釩液流電池中的應用并研究了其催化性能和機理。從貴金屬和賤金屬兩個方面對金屬催化劑進行了分類。根據同族元素的相似性質,對金屬氧化物催化劑進行了分類和討論。最后總結了金屬和金屬氧化物催化劑的研究進展,并對全釩液流電池催化劑的設計與開發進行了展望。
背景介紹
隨著社會經濟和技術水平的快速發展,一系列能源和環境問題也隨之出現。發展清潔能源已經成為解決這一系列問題的關鍵。清潔能源具有不穩定性,需要與儲能設備相結合才可以并入電網。全釩液流電池(釩電池)是一種具有高可逆性、長壽命和快速響應等優點的高效儲能裝置。
電極是釩電池的關鍵部件。碳基材料具有耐酸性高、導電性強、成本低等特點,被廣泛應用于釩電池電極。然而,碳基材料的親水性較差,電化學活性較低,阻礙了其大規模應用。因此,在使用前需對碳基材料進行改性。
金屬催化劑具有優異的電導率和高催化活性。大多數金屬氧化物催化劑是過渡金屬氧化物,具有豐富的價鍵,而且成本低廉。
本文亮點
綜述了近年來釩電池中金屬和金屬氧化物催化劑的研究進展。
對金屬和金屬氧化物催化劑進行了分類,并研究了它們的催化性能。
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分析并比較了不同的催化劑的催化性能和催化機理。
圖文解析
釩電池碳基電極因其存在電化學活性低的問題,可采用在電極表面引入催化劑的方法來提高電極的電化學活性。本文對引入的催化劑從金屬和金屬氧化物兩個方面進行了分類,并對其催化機理和催化性能進行了研究。
總結與展望
發展低成本、高導電性、高催化活性和高穩定性的集成電極。
除了常用的水熱、酸處理等電極改性方法外,發展一些其他的電極改性方法如微波處理等。
含氧官能團可以提高金屬催化劑的穩定性,與金屬有協同作用。可以在引入金屬催化劑的同時引入含氧官能團。
金屬氧化物催化性能較好,但導電性較差。將金屬氧化物與高導電性的碳納米管或石墨烯結合,發揮兩種材料的協同作用,提高材料的催化活性。
開發一些二元金屬氧化物,比如TiNb2O5、ZrCeO2、NiCoO2。
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盡管本工作對金屬和金屬氧化物催化劑的催化性能進行了概述,但仍存在眾多未解決的問題。進一步提高對電極催化性能的理論研究并促進其與實驗相結合是關鍵因素。
作者介紹
何章興,教授,碩士生導師。2013年于中南大學獲應用化學專業博士學位,2014年就職于華北理工大學化學工程學院。主要致力于全釩液流電池、水系鋅離子電池、水系鋰離子電池等研究。主持國家自科、河北省杰青、河北省教育廳青年拔尖人才項目等多項課題。以第一或通訊作者在J. Energy Chem.,J. Mater. Sci. Technol.,無機材料學報,ACS Nano,Chem. Eng. J.,Carbon,J. Colloid. Interf. Sci.,Electrochim. Acta等國際SCI期刊發表學術論文70余篇,一區論文40余篇。榮獲2020年度中國可再生能源學會科技進步獎二等獎。
本文來自“JMST”。
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