隨著環(huán)境污染和能源危機等突出的社會問題，減少不可再生能源的利用迫在眉睫。而可再生能源發(fā)電由于其間歇性和多變性在實際應用中提出了挑戰(zhàn)。儲能是促進可再生能源并網(wǎng)發(fā)電、提高電網(wǎng)可靠性、提高可再生資源利用率、延長基礎設施壽命和改善電能質量的有力手段。鐵鉻液流電池（ICRFBs）具有安全、環(huán)保、價格低廉、可靠性高等優(yōu)點，在儲能領域具有廣闊的應用前景。但是，盡管ICRFBs有著眾多優(yōu)點，反應動力學緩慢和循環(huán)穩(wěn)定性差等問題仍然困擾著ICRFBs的發(fā)展，為了解決這些問題，主要研究路線是對電極微觀結構和宏觀結構進行設計。

運用硅酸刻蝕方法改性碳布電極，并結合SEM觀測了電極的結構變化以及XPS，EDS進行表征，通過電化學工作站、電池充放電儀測試了碳布的電化學性能和充放電循環(huán)穩(wěn)定性；DFT模擬探究了硅酸改性電極的機理，為了解缺陷含量對鐵鉻液流電池中Cr (H₂O)₅Cl²⁺的吸附能力和電子傳遞能力的影響提供了寶貴的見解。

圖1 (a) 鐵鉻液流電池反應機理圖；(b) CC和SCC電極表面反應過程模擬圖；(c) 碳布電極壓縮示意圖；(d) SCC電極的制備過程。

圖2 (a-c) CC、TCC和SCC電極表面整體結構的SEM圖像；(d-f) CC、TCC和SCC單根電極的表面結構的SEM圖像；(g)SCC電極中間體表面結構的SEM圖像；(h)SCC電極中間體表面EDX圖；(i) SCC電極表面缺陷孔結構的孔徑分布圖。

圖3 CC、TCC、SCC電極的 (a) C 1s，(b) N 1s和 (c) O 1s的XPS光譜。

圖4 (a)Cr(H₂O)₅Cl²⁺在不同碳布表面的吸附能圖；(b)不同碳布表面吸附Cr(H₂O)₅Cl²⁺的電子轉移數(shù)；(c) 不同碳布表面吸附Cr(H₂O)₅Cl²⁺的電荷密度差圖。

圖5 在掃描速率為4mV·s^-1下，CC、TCC、SCC電極 (a) 正極和 (b) 負極反應的穩(wěn)態(tài)CV。(c) CC、TCC、SCC電極組裝電池的電化學阻抗譜。以CC、TCC、SCC電極組裝的ICRFB在140 mA·cm²電流密度下的充放電性能：(d) 電流效率（CE），(e) 能量效率（EE），(f) 電壓效率（VE）。以CC、TCC、SCC電極組裝的ICRFB在不同電流密度下的充放電性能：(g) 電流效率（EE），(h) 能量效率（CE），(i) 電壓效率（VE）。(j) SCC在140 mA·cm2電流密度下進行了800次充放電循環(huán)測試的EE，CE和VE。

牛迎春,2022獲得中國石油大學（北京）博士學位。2022年至今在中國石油大學（北京）從事博士后研究工作，師從徐春明院士。長期從事鐵鉻液流電池碳布電極改性研究，主持國家自然基金一等獎一項，獲省部級一等獎1項（排名2）。在Advanced Energy Materials 、Nano. Energy等發(fā)表代表性學術論文15余篇，作為第一指導老師指導本科生團隊獲得 2022 年“互聯(lián)網(wǎng)+”競賽全國金獎。

郭超,碩士研究生就讀于中國石油大學（北京），師從徐泉教授。研究方向為液流電池電極材料研發(fā)及改性，在Nano Res.等期刊發(fā)表代表性學術論文5篇。

徐泉教授，中國石油大學（北京）教授，博士生導師，國家級青年人才，中國石油大學（北京）碳中和未來技術學院副院長。專注鐵鉻液流電池長時儲能技術開發(fā)與建設。主持國家自然基金面上項目、國際合作項目、科技部重點研發(fā)子課題和成果轉化項目等共計 15 項；發(fā)表 SCI 論文 80 余篇，他引 5300 次，以第一/通訊作者在 Nat. Commun.、 Adv. Mater.、 Adv. Sci.、 Nano Energy、 Chem. Eng. J.、 Nano Res.等國內外代表性期刊發(fā)表學術論文，入選英國皇家化學會 2018、2019 年度高被引中國學者；授權發(fā)明專利 14 項，累計完成成果轉化 5 項，單一專利轉讓金額 360 萬；出版《液流電池與儲能》書籍；擔任 SCI 期刊 Petrol. Sci.副主編，Front. Chem. Sci. Eng.，Nano Res. Energy 青年編委，中關村儲能產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟液流電池儲能技術專委會委員、能源行業(yè)液流電池標準化技術委員會委員，中國顆粒學會青年理事，中國化工學會與英國皇家化學會會員。

Niu Y, Guo C, Liu Y, et al. Fabrication of highly effective electrodes for iron chromium redox flow battery. Nano Research, 2023, https://doi.org/10.1007/s12274-023-6324-4.