మిక్స్‌డ్ యాసిడ్స్‌లో పరాన్నజీవి VO2+/VO2+ రియాక్షన్‌ల యొక్క ఎలక్ట్రోక్యాటలిస్ట్‌లు మరియు ఇన్‌హిబిటర్‌లుగా టంగ్‌స్టన్ ఆక్సైడ్/ఫుల్లెరీన్ ఆధారంగా 304 క్యాపిల్లరీ ట్యూబ్ నానోకంపొసైట్‌లు

Nature.comని సందర్శించినందుకు ధన్యవాదాలు.మీరు పరిమిత CSS మద్దతుతో బ్రౌజర్ సంస్కరణను ఉపయోగిస్తున్నారు.ఉత్తమ అనుభవం కోసం, మీరు నవీకరించబడిన బ్రౌజర్‌ను ఉపయోగించాల్సిందిగా మేము సిఫార్సు చేస్తున్నాము (లేదా Internet Explorerలో అనుకూలత మోడ్‌ని నిలిపివేయండి).అదనంగా, కొనసాగుతున్న మద్దతును నిర్ధారించడానికి, మేము స్టైల్స్ మరియు జావాస్క్రిప్ట్ లేకుండా సైట్‌ని చూపుతాము.
ఒకేసారి మూడు స్లయిడ్‌ల రంగులరాట్నం ప్రదర్శిస్తుంది.ఒకేసారి మూడు స్లయిడ్‌ల ద్వారా తరలించడానికి మునుపటి మరియు తదుపరి బటన్‌లను ఉపయోగించండి లేదా ఒకేసారి మూడు స్లయిడ్‌ల ద్వారా తరలించడానికి చివర ఉన్న స్లయిడర్ బటన్‌లను ఉపయోగించండి.

స్టెయిన్లెస్ స్టీల్ 304 కాయిల్ ట్యూబ్ కెమికల్ కంపోజిషన్

304 స్టెయిన్‌లెస్ స్టీల్ కాయిల్ ట్యూబ్ అనేది ఒక రకమైన ఆస్టెనిటిక్ క్రోమియం-నికెల్ మిశ్రమం.స్టెయిన్‌లెస్ స్టీల్ 304 కాయిల్ ట్యూబ్ తయారీదారు ప్రకారం, ఇందులో ప్రధాన భాగం Cr (17%-19%), మరియు Ni (8%-10.5%).తుప్పుకు దాని నిరోధకతను మెరుగుపరచడానికి, చిన్న మొత్తంలో Mn (2%) మరియు Si (0.75%) ఉన్నాయి.

స్టెయిన్లెస్ స్టీల్ 304 కాయిల్ ట్యూబ్ మెకానికల్ ప్రాపర్టీస్

304 స్టెయిన్‌లెస్ స్టీల్ కాయిల్ ట్యూబ్ యొక్క యాంత్రిక లక్షణాలు క్రింది విధంగా ఉన్నాయి:

• తన్యత బలం: ≥515MPa
• దిగుబడి బలం: ≥205MPa
• పొడుగు: ≥30%

స్టెయిన్‌లెస్ స్టీల్ 304 కాయిల్ ట్యూబ్ యొక్క అప్లికేషన్‌లు & ఉపయోగాలు

వెనాడియం రెడాక్స్ ఫ్లో బ్యాటరీల (VRFBs) సాపేక్షంగా అధిక ధర వాటి విస్తృత వినియోగాన్ని పరిమితం చేస్తుంది.VRFB యొక్క శక్తి సాంద్రత మరియు శక్తి సామర్థ్యాన్ని పెంచడానికి, తద్వారా VRFB యొక్క kWh ధరను తగ్గించడానికి ఎలక్ట్రోకెమికల్ ప్రతిచర్యల గతిశాస్త్రం తప్పనిసరిగా మెరుగుపరచబడాలి.ఈ పనిలో, హైడ్రోథర్మల్లీ సింథసైజ్డ్ హైడ్రేటెడ్ టంగ్‌స్టన్ ఆక్సైడ్ (HWO) నానోపార్టికల్స్, C76 మరియు C76/HWO, కార్బన్ క్లాత్ ఎలక్ట్రోడ్‌లపై నిక్షిప్తం చేయబడ్డాయి మరియు VO2+/VO2+ రెడాక్స్ రియాక్షన్ కోసం ఎలక్ట్రోక్యాటలిస్ట్‌లుగా పరీక్షించబడ్డాయి.ఫీల్డ్ ఎమిషన్ స్కానింగ్ ఎలక్ట్రాన్ మైక్రోస్కోపీ (FESEM), ఎనర్జీ డిస్పర్సివ్ ఎక్స్-రే స్పెక్ట్రోస్కోపీ (EDX), హై-రిజల్యూషన్ ట్రాన్స్‌మిషన్ ఎలక్ట్రాన్ మైక్రోస్కోపీ (HR-TEM), ఎక్స్-రే డిఫ్రాక్షన్ (XRD), ఎక్స్-రే ఫోటోఎలెక్ట్రాన్ స్పెక్ట్రోస్కోపీ (XPS), ఇన్‌ఫ్రారెడ్ ఫోరియర్ స్పెక్ట్రోస్కోపీ (FTIR) మరియు కాంటాక్ట్ యాంగిల్ కొలతలను మార్చండి.HWOకి C76 ఫుల్లెరిన్ జోడించడం వలన VO2+/VO2+ రెడాక్స్ రియాక్షన్‌కి సంబంధించి ఎలక్ట్రోడ్ యొక్క గతిశాస్త్రాన్ని వాహకతను పెంచడం ద్వారా మరియు దాని ఉపరితలంపై ఆక్సిజన్-కలిగిన ఫంక్షనల్ గ్రూపులను అందించడం ద్వారా ఇది మెరుగుపడుతుందని కనుగొనబడింది.HWO/C76 కాంపోజిట్ (50 wt% C76) VO2+/VO2+ ప్రతిచర్యకు ΔEp 176 mVతో పోలిస్తే 365 mV చికిత్స చేయని కార్బన్ క్లాత్ (UCC)కి అత్యంత అనుకూలమైనదిగా నిరూపించబడింది.అదనంగా, HWO/C76 కాంపోజిట్ W-OH ఫంక్షనల్ గ్రూపుల కారణంగా పరాన్నజీవి క్లోరిన్ పరిణామ ప్రతిచర్య యొక్క గణనీయమైన నిరోధాన్ని చూపించింది.
తీవ్రమైన మానవ కార్యకలాపాలు మరియు వేగవంతమైన పారిశ్రామిక విప్లవం విద్యుచ్ఛక్తి కోసం ఆపలేని అధిక డిమాండ్‌కు దారితీసింది, ఇది సంవత్సరానికి 3% పెరుగుతోంది1.దశాబ్దాలుగా, శక్తి వనరుగా శిలాజ ఇంధనాలను విస్తృతంగా ఉపయోగించడం వల్ల గ్రీన్‌హౌస్ వాయు ఉద్గారాలకు దారితీసింది, ఇది గ్లోబల్ వార్మింగ్, నీరు మరియు వాయు కాలుష్యానికి దారితీసింది, మొత్తం పర్యావరణ వ్యవస్థలను బెదిరించింది.ఫలితంగా, 2050 నాటికి స్వచ్ఛమైన పునరుత్పాదక శక్తి మరియు సౌరశక్తి వాటా మొత్తం విద్యుత్‌లో 75%కి చేరుతుందని అంచనా.అయితే, పునరుత్పాదక శక్తి ఉత్పత్తి మొత్తం విద్యుత్ ఉత్పత్తిలో 20% కంటే ఎక్కువగా ఉన్నప్పుడు, గ్రిడ్ అస్థిరంగా మారుతుంది 1. సమర్థవంతమైన శక్తి నిల్వ వ్యవస్థల అభివృద్ధి ఈ పరివర్తనకు కీలకం, ఎందుకంటే అవి అదనపు విద్యుత్‌ను నిల్వ చేయాలి మరియు సరఫరా మరియు డిమాండ్‌ను సమతుల్యం చేయాలి.
హైబ్రిడ్ వెనాడియం రెడాక్స్ ఫ్లో బ్యాటరీలు2 వంటి అన్ని శక్తి నిల్వ వ్యవస్థలలో, అన్ని వెనాడియం రెడాక్స్ ఫ్లో బ్యాటరీలు (VRFBలు) వాటి అనేక ప్రయోజనాల కారణంగా అత్యంత అధునాతనమైనవి3 మరియు దీర్ఘకాలిక శక్తి నిల్వకు (~30 సంవత్సరాలు) ఉత్తమ పరిష్కారంగా పరిగణించబడతాయి.పునరుత్పాదక ఇంధన వనరుల వినియోగం4.ఇది Li-ion మరియు లెడ్-యాసిడ్ బ్యాటరీలు మరియు 279-420 USD/kWhకి $93-140/kWhతో పోలిస్తే శక్తి మరియు శక్తి సాంద్రత, వేగవంతమైన ప్రతిస్పందన, దీర్ఘాయువు మరియు సాపేక్షంగా తక్కువ వార్షిక ఖర్చులు $65/kWh./kWh బ్యాటరీలు వరుసగా 4.
అయినప్పటికీ, వాటి విస్తృతమైన వాణిజ్యీకరణకు సాపేక్షంగా అధిక సిస్టమ్ మూలధన వ్యయాలు అడ్డుపడటం కొనసాగుతుంది, ప్రధానంగా బ్యాటరీ ప్యాక్‌లు4,5 కారణంగా.అందువల్ల, రెండు అర్ధ-కణ ప్రతిచర్యల యొక్క గతిశాస్త్రాన్ని పెంచడం ద్వారా బ్యాటరీ పనితీరును మెరుగుపరచడం బ్యాటరీ పరిమాణాన్ని తగ్గిస్తుంది మరియు తద్వారా ఖర్చును తగ్గిస్తుంది.అందువల్ల, ఎలక్ట్రోడ్ యొక్క రూపకల్పన, కూర్పు మరియు నిర్మాణంపై ఆధారపడి, ఎలక్ట్రోడ్ ఉపరితలంపై వేగవంతమైన ఎలక్ట్రాన్ బదిలీ అవసరం, ఇది జాగ్రత్తగా ఆప్టిమైజ్ చేయబడాలి.కార్బన్-ఆధారిత ఎలక్ట్రోడ్‌లు మంచి రసాయన మరియు ఎలెక్ట్రోకెమికల్ స్థిరత్వం మరియు మంచి విద్యుత్ వాహకతను కలిగి ఉన్నప్పటికీ, చికిత్స చేయకుండా వదిలేస్తే, ఆక్సిజన్ ఫంక్షనల్ గ్రూపులు మరియు హైడ్రోఫిలిసిటీ లేకపోవడం వల్ల వాటి గతిశాస్త్రం నెమ్మదిగా ఉంటుంది.అందువల్ల, వివిధ ఎలక్ట్రోక్యాటలిస్ట్‌లు కార్బన్ ఎలక్ట్రోడ్‌లతో, ముఖ్యంగా కార్బన్ నానోస్ట్రక్చర్‌లు మరియు మెటల్ ఆక్సైడ్‌లతో కలిపి, రెండు ఎలక్ట్రోడ్‌ల గతిశాస్త్రాన్ని మెరుగుపరుస్తాయి, తద్వారా VRFB ఎలక్ట్రోడ్‌ల గతిశాస్త్రం పెరుగుతుంది.
కార్బన్ పేపర్9, కార్బన్ నానోట్యూబ్‌లు10,11,12,13, గ్రాఫేన్-ఆధారిత నానోస్ట్రక్చర్లు14,15,16,17, కార్బన్ నానోఫైబర్స్18 మరియు ఇతరాలు19,20,21,22,23 వంటి అనేక కార్బన్ పదార్థాలు ఉపయోగించబడ్డాయి, ఫుల్లెరీన్ కుటుంబం మినహా. .C76పై మా మునుపటి అధ్యయనంలో, వేడి-చికిత్స మరియు చికిత్స చేయని కార్బన్ వస్త్రంతో పోలిస్తే, VO2+/VO2+ వైపు ఈ ఫుల్లెరిన్ యొక్క అద్భుతమైన ఎలక్ట్రోక్యాటలిటిక్ కార్యాచరణను మేము మొదటిసారి నివేదించాము, ఛార్జ్ బదిలీ నిరోధకత 99.5% మరియు 97%24 తగ్గింది.C76తో పోలిస్తే VO2+/VO2+ ప్రతిచర్య కోసం కార్బన్ పదార్థాల ఉత్ప్రేరక పనితీరు టేబుల్ S1లో చూపబడింది.మరోవైపు, CeO225, ZrO226, MoO327, NiO28, SnO229, Cr2O330 మరియు WO331, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38 వంటి అనేక మెటల్ ఆక్సైడ్‌లు వాటి తేమ మరియు అధిక ఆక్సిజన్ కారణంగా ఉపయోగించబడతాయి.సమూహాలు.VO2+/VO2+ ప్రతిచర్యలో ఈ మెటల్ ఆక్సైడ్‌ల ఉత్ప్రేరక పనితీరును టేబుల్ S2 చూపిస్తుంది.తక్కువ ధర, ఆమ్ల మాధ్యమంలో అధిక స్థిరత్వం మరియు అధిక ఉత్ప్రేరక చర్య కారణంగా WO3 గణనీయమైన సంఖ్యలో పనిలో ఉపయోగించబడింది31,32,33,34,35,36,37,38.అయినప్పటికీ, WO3 కాథోడ్ గతిశాస్త్రంలో కొద్దిగా మెరుగుదల చూపించింది.WO3 యొక్క వాహకతను మెరుగుపరచడానికి, సానుకూల ఎలక్ట్రోడ్ చర్యపై తగ్గిన టంగ్స్టన్ ఆక్సైడ్ (W18O49) యొక్క ప్రభావం పరీక్షించబడింది38.హైడ్రేటెడ్ టంగ్‌స్టన్ ఆక్సైడ్ (HWO) VRFB అప్లికేషన్‌లలో ఎప్పుడూ పరీక్షించబడలేదు, అయినప్పటికీ ఇది అన్‌హైడ్రస్ WOx39,40తో పోలిస్తే వేగవంతమైన కేషన్ డిఫ్యూజన్ కారణంగా సూపర్ కెపాసిటర్ అప్లికేషన్‌లలో అధిక కార్యాచరణను చూపింది.మూడవ తరం ఆల్-వెనాడియం రెడాక్స్ ఫ్లో బ్యాటరీ బ్యాటరీ పనితీరును మెరుగుపరచడానికి మరియు ఎలక్ట్రోలైట్‌లోని వనాడియం అయాన్ల యొక్క ద్రావణీయత మరియు స్థిరత్వాన్ని మెరుగుపరచడానికి HCl మరియు H2SO4తో కూడిన మిశ్రమ యాసిడ్ ఎలక్ట్రోలైట్‌ను ఉపయోగిస్తుంది.అయినప్పటికీ, పరాన్నజీవి క్లోరిన్ పరిణామ ప్రతిచర్య మూడవ తరం యొక్క ప్రతికూలతలలో ఒకటిగా మారింది, కాబట్టి క్లోరిన్ మూల్యాంకన ప్రతిచర్యను అణిచివేసేందుకు మార్గాలను కనుగొనడం అనేక పరిశోధనా సమూహాల పనిగా మారింది.
ఇక్కడ, పరాన్నజీవి క్లోరిన్ నిక్షేపణను అణిచివేసేటప్పుడు మిశ్రమాల యొక్క విద్యుత్ వాహకత మరియు ఎలక్ట్రోడ్ ఉపరితలంపై రెడాక్స్ ప్రతిచర్య గతిశాస్త్రం మధ్య సమతుల్యతను కనుగొనడానికి కార్బన్ క్లాత్ ఎలక్ట్రోడ్‌లపై నిక్షిప్తం చేయబడిన HWO/C76 మిశ్రమాలపై VO2+/VO2+ ప్రతిచర్య పరీక్షలు నిర్వహించబడ్డాయి.ప్రతిచర్య (KVR).హైడ్రేటెడ్ టంగ్స్టన్ ఆక్సైడ్ (HWO) నానోపార్టికల్స్ ఒక సాధారణ హైడ్రోథర్మల్ పద్ధతి ద్వారా సంశ్లేషణ చేయబడ్డాయి.సౌలభ్యం కోసం మూడవ తరం VRFB (G3)ని అనుకరించడానికి మరియు పరాన్నజీవి క్లోరిన్ ఎవల్యూషన్ రియాక్షన్‌పై HWO ప్రభావాన్ని పరిశోధించడానికి మిశ్రమ యాసిడ్ ఎలక్ట్రోలైట్ (H2SO4/HCl)లో ప్రయోగాలు జరిగాయి.
వెనాడియం(IV) సల్ఫేట్ ఆక్సైడ్ హైడ్రేట్ (VOSO4, 99.9%, ఆల్ఫా-ఏజర్), సల్ఫ్యూరిక్ యాసిడ్ (H2SO4), హైడ్రోక్లోరిక్ ఆమ్లం (HCl), డైమెథైల్ఫార్మామైడ్ (DMF, సిగ్మా-ఆల్డ్రిచ్), పాలీవినైలిడిన్ ఫ్లోరైడ్ (PVDF, సిగ్మా-Adrichium), ఈ అధ్యయనంలో టంగ్‌స్టన్ ఆక్సైడ్ డైహైడ్రేట్ (Na2WO4, 99%, సిగ్మా-ఆల్డ్రిచ్) మరియు హైడ్రోఫిలిక్ కార్బన్ క్లాత్ ELAT (ఫ్యూయల్ సెల్ స్టోర్) ఉపయోగించబడ్డాయి.
హైడ్రేటెడ్ టంగ్‌స్టన్ ఆక్సైడ్ (HWO) హైడ్రోథర్మల్ రియాక్షన్ ద్వారా తయారు చేయబడింది, దీనిలో 2 గ్రాముల Na2WO4 ఉప్పును 12 ml HO లో రంగులేని ద్రావణం పొందే వరకు కరిగించి, ఆపై 2 M HCl యొక్క 12 ml చుక్కల పసుపు సస్పెన్షన్ వరకు జోడించబడింది. లభించింది.సస్పెన్షన్.హైడ్రోథర్మల్ ప్రతిచర్య టెఫ్లాన్ పూతతో కూడిన స్టెయిన్‌లెస్ స్టీల్ ఆటోక్లేవ్‌లో 180 ºC వద్ద 3 గంటల పాటు ఓవెన్‌లో నిర్వహించబడింది.అవశేషాలను వడపోత ద్వారా సేకరించి, ఇథనాల్ మరియు నీటితో 3 సార్లు కడిగి, ఓవెన్‌లో 70 ° C వద్ద ~ 3 h కోసం ఎండబెట్టి, ఆపై నీలి-బూడిద HWO పౌడర్‌ను పొందేందుకు గ్రౌండ్ చేయబడింది.
పొందిన (చికిత్స చేయని) కార్బన్ క్లాత్ ఎలక్ట్రోడ్‌లు (CCTలు) ట్యూబ్ ఫర్నేస్‌లో 450°C వద్ద 10 hకి గాలిలో 15°C/నిమిషానికి హీటింగ్ రేటుతో వాటిని పొందిన లేదా వేడి చికిత్సకు గురిచేసిన రూపంలో ఉపయోగించబడ్డాయి. చికిత్స పొందిన UCC (TCC), s మునుపటి పని వలెనే 24. UCC మరియు TCC ఎలక్ట్రోడ్‌లుగా సుమారు 1.5 సెం.మీ వెడల్పు మరియు 7 సెం.మీ పొడవుతో కత్తిరించబడ్డాయి.C76, HWO, HWO-10% C76, HWO-30% C76 మరియు HWO-50% C76 యొక్క సస్పెన్షన్‌లు 20 mg యాక్టివ్ మెటీరియల్ పౌడర్ మరియు 10 wt% (~2.22 mg) PVDF బైండర్‌ను ~1 ml కు జోడించడం ద్వారా తయారు చేయబడ్డాయి. ఏకరూపతను మెరుగుపరచడానికి DMF 1 గంట పాటు సిద్ధం చేసి, sonicated చేసింది.అప్పుడు 2 mg C76, HWO మరియు HWO-C76 మిశ్రమాలు UCC యాక్టివ్ ఎలక్ట్రోడ్ ప్రాంతంలో సుమారు 1.5 cm2కి వర్తించబడ్డాయి.అన్ని ఉత్ప్రేరకాలు UCC ఎలక్ట్రోడ్‌లలోకి లోడ్ చేయబడ్డాయి మరియు TCC పోలిక ప్రయోజనాల కోసం మాత్రమే ఉపయోగించబడింది, ఎందుకంటే మా మునుపటి పని వేడి చికిత్స అవసరం లేదని చూపించింది 24 .ఎక్కువ ఏకరూపత కోసం 100 µl సస్పెన్షన్ (లోడ్ 2 mg) బ్రష్ చేయడం ద్వారా ఇంప్రెషన్ సెటిల్లింగ్ సాధించబడింది.అప్పుడు అన్ని ఎలక్ట్రోడ్లు 60 ° C వద్ద రాత్రిపూట ఓవెన్లో ఎండబెట్టబడతాయి.ఖచ్చితమైన స్టాక్ లోడింగ్‌ను నిర్ధారించడానికి ఎలక్ట్రోడ్‌లు ముందు మరియు తరువాత కొలుస్తారు.ఒక నిర్దిష్ట రేఖాగణిత ప్రాంతాన్ని (~1.5 సెం.మీ.2) కలిగి ఉండటానికి మరియు కేశనాళిక ప్రభావం కారణంగా ఎలక్ట్రోడ్‌లకు వెనాడియం ఎలక్ట్రోలైట్ పెరగకుండా నిరోధించడానికి, క్రియాశీల పదార్థంపై పారాఫిన్ యొక్క పలుచని పొర వర్తించబడుతుంది.
HWO ఉపరితల స్వరూపాన్ని పరిశీలించడానికి ఫీల్డ్ ఎమిషన్ స్కానింగ్ ఎలక్ట్రాన్ మైక్రోస్కోప్ (FESEM, జీస్ SEM అల్ట్రా 60.5 kV) ఉపయోగించబడింది.UCC ఎలక్ట్రోడ్‌లపై HWO-50%C76 మూలకాలను మ్యాప్ చేయడానికి Feii8SEM (EDX, Zeiss AG)తో కూడిన ఎనర్జీ డిస్పర్సివ్ ఎక్స్-రే స్పెక్ట్రోస్కోపీ ఉపయోగించబడింది.200 kV యొక్క యాక్సిలరేటింగ్ వోల్టేజ్ వద్ద పనిచేసే అధిక రిజల్యూషన్ ట్రాన్స్‌మిషన్ ఎలక్ట్రాన్ మైక్రోస్కోప్ (HR-TEM, JOEL JEM-2100) అధిక రిజల్యూషన్ ఇమేజ్‌లు మరియు HWO కణాల డిఫ్రాక్షన్ రింగ్‌లను పొందేందుకు ఉపయోగించబడింది.ringGUI ఫంక్షన్‌ని ఉపయోగించి HWO డిఫ్రాక్షన్ రింగ్‌లను విశ్లేషించడానికి మరియు XRD మోడల్‌లతో ఫలితాలను సరిపోల్చడానికి క్రిస్టల్లోగ్రాఫిక్ టూల్ బాక్స్ (CrysTBox) సాఫ్ట్‌వేర్‌ను ఉపయోగించండి.UCC మరియు TCC యొక్క నిర్మాణం మరియు గ్రాఫిటైజేషన్ పానాలిటికల్ ఎక్స్-రే డిఫ్రాక్టోమీటర్‌ని ఉపయోగించి Cu Kα (λ = 1.54060 Å)తో 5° నుండి 70° వరకు 2.4°/నిమిషానికి 2.4°/నిమిషానికి X-రే డిఫ్రాక్షన్ (XRD) ద్వారా నిర్ణయించబడింది.(మోడల్ 3600).XRD HWO యొక్క క్రిస్టల్ నిర్మాణం మరియు దశలను చూపుతుంది.డేటాబేస్‌లో అందుబాటులో ఉన్న టంగ్‌స్టన్ ఆక్సైడ్ మ్యాప్‌లకు HWO శిఖరాలను సరిపోల్చడానికి PANalytical X'Pert HighScore సాఫ్ట్‌వేర్ ఉపయోగించబడింది45.HWO ఫలితాలను TEM ఫలితాలతో సరిపోల్చండి.HWO నమూనాల రసాయన కూర్పు మరియు స్థితిని ఎక్స్-రే ఫోటోఎలెక్ట్రాన్ స్పెక్ట్రోస్కోపీ (XPS, ESCALAB 250Xi, థర్మోసైంటిఫిక్) ద్వారా నిర్ణయించారు.CASA-XPS సాఫ్ట్‌వేర్ (v 2.3.15) పీక్ డీకాన్వల్యూషన్ మరియు డేటా విశ్లేషణ కోసం ఉపయోగించబడింది.ఫోరియర్ ట్రాన్స్‌ఫార్మ్ ఇన్‌ఫ్రారెడ్ స్పెక్ట్రోస్కోపీ (FTIR, పెర్కిన్ ఎల్మెర్ క్లాస్ KBr FTIR స్పెక్ట్రోమీటర్ ఉపయోగించి) HWO మరియు HWO-50%C76 యొక్క ఉపరితల క్రియాత్మక సమూహాలను గుర్తించడానికి కొలతలు నిర్వహించబడ్డాయి.XPS ఫలితాలతో ఫలితాలను సరిపోల్చండి.ఎలక్ట్రోడ్‌ల తేమను వర్గీకరించడానికి కాంటాక్ట్ యాంగిల్ కొలతలు (KRUSS DSA25) కూడా ఉపయోగించబడ్డాయి.
అన్ని ఎలక్ట్రోకెమికల్ కొలతల కోసం, బయోలాజిక్ SP 300 వర్క్‌స్టేషన్ ఉపయోగించబడింది.చక్రీయ వోల్టామెట్రీ (CV) మరియు ఎలెక్ట్రోకెమికల్ ఇంపెడెన్స్ స్పెక్ట్రోస్కోపీ (EIS) VO2+/VO2+ రెడాక్స్ ప్రతిచర్య యొక్క ఎలక్ట్రోడ్ గతిశాస్త్రం మరియు ప్రతిచర్య రేటుపై రియాజెంట్ వ్యాప్తి (VOSO4 (VO2+)) ప్రభావాన్ని అధ్యయనం చేయడానికి ఉపయోగించబడ్డాయి.రెండు సాంకేతికతలు 1 M H2SO4 + 1 M HCl (మిశ్రమ ఆమ్లం)లో కరిగిన 0.1 M VOSO4 (V4+) ఎలక్ట్రోలైట్ సాంద్రతతో మూడు-ఎలక్ట్రోడ్ సెల్‌ను ఉపయోగిస్తాయి.సమర్పించిన అన్ని ఎలక్ట్రోకెమికల్ డేటా IR సరిదిద్దబడింది.సంతృప్త కలోమెల్ ఎలక్ట్రోడ్ (SCE) మరియు ప్లాటినం (Pt) కాయిల్ వరుసగా రిఫరెన్స్ మరియు కౌంటర్ ఎలక్ట్రోడ్‌గా ఉపయోగించబడ్డాయి.CV కోసం, VO2+/VO2+ కోసం SCEతో పోలిస్తే సంభావ్య విండో (0–1) Vకి 5, 20 మరియు 50 mV/s యొక్క స్కాన్ రేట్లు (ν) వర్తింపజేయబడ్డాయి, ఆపై ప్లాట్ చేయడానికి SHE స్కేల్‌పై సరిదిద్దబడింది (VSCE = 0.242 V HSEకి సంబంధించి) .ఎలక్ట్రోడ్ కార్యకలాపాల నిలుపుదలని పరిశోధించడానికి, UCC, TCC, UCC-C76, UCC-HWO మరియు UCC-HWO-50% C76పై 5 mV/sకి సమానమైన ν వద్ద CV రీసైకిల్ నిర్వహించబడింది.VO2+/VO2+ రెడాక్స్ ప్రతిచర్య కోసం EIS కొలతల కోసం, 0.01-105 Hz ఫ్రీక్వెన్సీ పరిధి మరియు 10 mV యొక్క ఓపెన్ సర్క్యూట్ వోల్టేజ్ (OCV) భంగం ఉపయోగించబడింది.ఫలితాల స్థిరత్వాన్ని నిర్ధారించడానికి ప్రతి ప్రయోగం 2-3 సార్లు పునరావృతమవుతుంది.విజాతీయ రేటు స్థిరాంకాలు (k0) నికల్సన్ పద్ధతి 46,47 ద్వారా పొందబడ్డాయి.
హైడ్రోథర్మల్ పద్ధతి ద్వారా హైడ్రేటెడ్ టంగ్‌స్టన్ ఆక్సైడ్ (HVO) విజయవంతంగా సంశ్లేషణ చేయబడింది.అంజీర్లో SEM చిత్రం.1a డిపాజిట్ చేయబడిన HWO 25-50 nm పరిధిలో కణ పరిమాణాలతో నానోపార్టికల్స్ సమూహాలను కలిగి ఉందని చూపిస్తుంది.
HWO యొక్క ఎక్స్-రే డిఫ్రాక్షన్ నమూనా వరుసగా ~23.5° మరియు ~47.5° వద్ద శిఖరాలను (001) మరియు (002) చూపిస్తుంది, ఇవి నాన్‌స్టోయికియోమెట్రిక్ WO2.63 (W32O84) (PDF 077–0810, a = 21.4 Å, b = 17.8 Å, c = 3.8 Å, α = β = γ = 90°), ఇది దాని స్పష్టమైన నీలం రంగు (Fig. 1b) 48,49కి అనుగుణంగా ఉంటుంది.సుమారుగా 20.5°, 27.1°, 28.1°, 30.8°, 35.7°, 36.7° మరియు 52.7° వద్ద ఉన్న ఇతర శిఖరాలు (140), (620), (350 ), (720), (740), (560) వద్ద ఉన్నాయి.మరియు (970) డిఫ్రాక్షన్ ప్లేన్‌లు, వరుసగా, 49 ఆర్థోహోంబిక్ WO2.63.సోంగారా మరియు ఇతరులు.43 ఒక తెల్లని ఉత్పత్తిని పొందేందుకు అదే సింథటిక్ పద్ధతిని ఉపయోగించింది, ఇది WO3(H2O)0.333 ఉనికికి ఆపాదించబడింది.అయితే, ఈ పనిలో, విభిన్న పరిస్థితుల కారణంగా, నీలం-బూడిద రంగు ఉత్పత్తి పొందబడింది, ఇది Åలో WO3(H2O)0.333 (PDF 087-1203, a = 7.3 Å, b = 12.5 Å, c = 7.7 ) సహజీవనాన్ని సూచిస్తుంది. , α = β = γ = 90°) మరియు టంగ్స్టన్ ఆక్సైడ్ యొక్క తగ్గిన రూపం.X'Pert HighScore సాఫ్ట్‌వేర్‌తో సెమీక్వాంటిటేటివ్ విశ్లేషణ 26% WO3(H2O)0.333: 74% W32O84.W32O84 W6+ మరియు W4+ (1.67:1 W6+:W4+) కలిగి ఉన్నందున, W6+ మరియు W4+ యొక్క అంచనా కంటెంట్ వరుసగా 72% W6+ మరియు 28% W4+.SEM చిత్రాలు, న్యూక్లియస్ స్థాయిలో 1-సెకన్ XPS స్పెక్ట్రా, TEM చిత్రాలు, FTIR స్పెక్ట్రా మరియు C76 కణాల రామన్ స్పెక్ట్రా మా మునుపటి పేపర్24లో ప్రదర్శించబడ్డాయి.Kawada et al.50,51 ప్రకారం, C76 యొక్క X-రే డిఫ్రాక్షన్ నమూనా టోలున్‌ను తీసివేసిన తర్వాత FCC యొక్క మోనోక్లినిక్ నిర్మాణాన్ని చూపుతుంది.
అంజీర్‌లోని SEM చిత్రాలు.2a మరియు b UCC ఎలక్ట్రోడ్‌ల కార్బన్ ఫైబర్‌లపై మరియు వాటి మధ్య HWO మరియు HWO-50%C76 విజయవంతమైన నిక్షేపణను చూపుతాయి.అంజీర్ 2cలోని SEM ఇమేజ్‌లో టంగ్‌స్టన్, కార్బన్ మరియు ఆక్సిజన్ యొక్క ఎలిమెంటల్ మ్యాపింగ్ అంజీర్‌లో చూపబడింది.2d-f టంగ్‌స్టన్ మరియు కార్బన్ ఎలక్ట్రోడ్ ఉపరితలంపై ఏకరీతిలో మిశ్రమంగా ఉన్నాయని (ఒకే విధమైన పంపిణీని చూపుతుంది) మరియు మిశ్రమం సమానంగా జమ చేయబడదని చూపిస్తుంది.అవపాతం పద్ధతి యొక్క స్వభావం కారణంగా.
డిపాజిటెడ్ HWO పార్టికల్స్ (a) మరియు HWO-C76 పార్టికల్స్ (b) యొక్క SEM చిత్రాలు.చిత్రం (సి)లోని ప్రాంతాన్ని ఉపయోగించి UCC వద్ద HWO-C76కి అప్‌లోడ్ చేయబడిన EDX మ్యాపింగ్ నమూనాలో టంగ్‌స్టన్ (d), కార్బన్ (e) మరియు ఆక్సిజన్ (f) పంపిణీని చూపుతుంది.
HR-TEM అధిక మాగ్నిఫికేషన్ ఇమేజింగ్ మరియు స్ఫటికాకార సమాచారం కోసం ఉపయోగించబడింది (మూర్తి 3).HWO మూర్తి 3aలో చూపిన విధంగా మరియు మరింత స్పష్టంగా మూర్తి 3bలో నానోక్యూబ్ పదనిర్మాణాన్ని ప్రదర్శిస్తుంది.ఎంచుకున్న ప్రాంతం యొక్క డిఫ్రాక్షన్ కోసం నానోక్యూబ్‌ను పెద్దదిగా చేయడం ద్వారా, బ్రాగ్ యొక్క చట్టాన్ని సంతృప్తిపరిచే గ్రేటింగ్ స్ట్రక్చర్ మరియు డిఫ్రాక్షన్ ప్లేన్‌లను మూర్తి 3 సిలో చూపిన విధంగా చూడవచ్చు, ఇది పదార్థం యొక్క స్ఫటికాకారతను నిర్ధారిస్తుంది.Fig. 3cలోని ఇన్‌సెట్‌లో వరుసగా WO3(H2O)0.333 మరియు W32O84, 43, 44, 49 దశల్లో (022) మరియు (620) డిఫ్రాక్షన్ ప్లేన్‌లకు సంబంధించిన దూరాన్ని d 3.3 Å చూపిస్తుంది.గమనించిన గ్రేటింగ్ ప్లేన్ దూరం d (Fig. 3c) HWO నమూనాలోని బలమైన XRD శిఖరానికి అనుగుణంగా ఉన్నందున ఇది పై XRD విశ్లేషణ (Fig. 1b)కి అనుగుణంగా ఉంటుంది.నమూనా వలయాలు కూడా అంజీర్లో చూపబడ్డాయి.3d, ఇక్కడ ప్రతి రింగ్ ప్రత్యేక విమానానికి అనుగుణంగా ఉంటుంది.WO3(H2O)0.333 మరియు W32O84 విమానాలు వరుసగా తెలుపు మరియు నీలం రంగులో ఉంటాయి మరియు వాటి సంబంధిత XRD శిఖరాలు కూడా అంజీర్ 1bలో చూపబడ్డాయి.రింగ్ నమూనాలో చూపబడిన మొదటి రింగ్ (022) లేదా (620) డిఫ్రాక్షన్ ప్లేన్ యొక్క x-ray నమూనాలో మొదటి గుర్తించబడిన శిఖరానికి అనుగుణంగా ఉంటుంది.(022) నుండి (402) రింగ్‌ల వరకు, 3.30, 3.17, 2.38, 1.93 మరియు 1.69 Å యొక్క d-దూరాలు కనుగొనబడ్డాయి, ఇవి 3.30, 3.17, 2 .45, 1.693 మరియు . యొక్క XRD విలువలకు అనుగుణంగా ఉంటాయి.Å, 44, 45, వరుసగా.
(ఎ) HWO యొక్క HR-TEM చిత్రం, (బి) విస్తారిత చిత్రాన్ని చూపుతుంది.గ్రేటింగ్ ప్లేన్‌ల చిత్రాలు (సి)లో చూపబడ్డాయి మరియు ఇన్‌సెట్ (సి) విమానాల యొక్క విస్తారిత చిత్రాన్ని చూపిస్తుంది మరియు (002) మరియు (620) విమానాలకు సంబంధించిన విరామం d 0.33 nm.(d) WO3(H2O)0.333 (తెలుపు) మరియు W32O84 (నీలం) దశలతో అనుబంధించబడిన విమానాలను చూపుతున్న HWO రింగ్ నమూనా.
టంగ్‌స్టన్ యొక్క ఉపరితల రసాయన శాస్త్రం మరియు ఆక్సీకరణ స్థితిని నిర్ణయించడానికి XPS విశ్లేషణ జరిగింది (గణాంకాలు S1 మరియు 4).సంశ్లేషణ చేయబడిన HWO యొక్క విస్తృత-శ్రేణి XPS స్కాన్ యొక్క స్పెక్ట్రం అంజీర్లో చూపబడింది.S1, టంగ్స్టన్ ఉనికిని సూచిస్తుంది.ప్రధాన W 4f మరియు O 1s స్థాయిల యొక్క XPS ఇరుకైన-స్కాన్ స్పెక్ట్రా అంజీర్‌లో చూపబడింది.వరుసగా 4a మరియు b.W 4f స్పెక్ట్రమ్ ఆక్సీకరణ స్థితి W యొక్క బైండింగ్ శక్తికి అనుగుణంగా రెండు స్పిన్-కక్ష్య డబుల్‌లుగా విభజించబడింది. 37.8 మరియు 35.6 eV బంధన శక్తి వద్ద W 4f5/2 మరియు W 4f7/2 శిఖరాలు W6+కి చెందినవి మరియు శిఖరాలు W 36.6 మరియు 34.9 eV వద్ద 4f5/2 మరియు W 4f7/2 వరుసగా W4+ స్థితి యొక్క లక్షణం.ఆక్సీకరణ స్థితి (W4+) యొక్క ఉనికి నాన్-స్టోయికియోమెట్రిక్ WO2.63 ఏర్పడటాన్ని మరింత నిర్ధారిస్తుంది, అయితే W6+ ఉనికి WO3(H2O)0.333 కారణంగా స్టోయికియోమెట్రిక్ WO3ని సూచిస్తుంది.అమర్చిన డేటా W6+ మరియు W4+ యొక్క పరమాణు శాతాలు వరుసగా 85% మరియు 15% అని చూపించాయి, ఇవి రెండు సాంకేతికతల మధ్య వ్యత్యాసాన్ని బట్టి XRD డేటా నుండి అంచనా వేసిన విలువలకు సాపేక్షంగా దగ్గరగా ఉన్నాయి.రెండు పద్ధతులు తక్కువ ఖచ్చితత్వంతో పరిమాణాత్మక సమాచారాన్ని అందిస్తాయి, ముఖ్యంగా XRD.అదనంగా, రెండు పద్ధతులు పదార్థం యొక్క వివిధ భాగాలను విశ్లేషిస్తాయి ఎందుకంటే XRD ఒక బల్క్ పద్ధతి అయితే XPS అనేది కొన్ని నానోమీటర్‌లను మాత్రమే చేరుకునే ఉపరితల పద్ధతి.O 1s స్పెక్ట్రం 533 (22.2%) మరియు 530.4 eV (77.8%) వద్ద రెండు శిఖరాలుగా విడిపోయింది.మొదటిది OHకి అనుగుణంగా ఉంటుంది మరియు రెండవది WOలోని లాటిస్‌లోని ఆక్సిజన్ బంధాలకు అనుగుణంగా ఉంటుంది.OH ఫంక్షనల్ గ్రూపుల ఉనికి HWO యొక్క ఆర్ద్రీకరణ లక్షణాలకు అనుగుణంగా ఉంటుంది.
హైడ్రేటెడ్ HWO నిర్మాణంలో ఫంక్షనల్ గ్రూపులు మరియు సమన్వయ నీటి అణువుల ఉనికిని పరిశీలించడానికి ఈ రెండు నమూనాలపై FTIR విశ్లేషణ కూడా జరిగింది.HWO ఉనికి కారణంగా HWO-50% C76 నమూనా మరియు FT-IR HWO ఫలితాలు ఒకేలా కనిపిస్తున్నాయని ఫలితాలు చూపిస్తున్నాయి, అయితే విశ్లేషణ కోసం తయారీ సమయంలో ఉపయోగించే వివిధ రకాల నమూనాల కారణంగా శిఖరాల తీవ్రత భిన్నంగా ఉంటుంది (Fig. 5a )HWO-50% C76 టంగ్‌స్టన్ ఆక్సైడ్ పీక్ మినహా అన్ని ఫుల్లెరిన్ 24 శిఖరాలు చూపబడ్డాయి.అంజీర్లో వివరంగా.5a రెండు నమూనాలు ~ 710/cm వద్ద చాలా బలమైన బ్రాడ్ బ్యాండ్‌ను ప్రదర్శిస్తాయని చూపిస్తుంది, HWO లాటిస్ నిర్మాణంలో OWO స్ట్రెచింగ్ వైబ్రేషన్‌లకు ఆపాదించబడింది మరియు WOకి ఆపాదించబడిన ~ 840/cm వద్ద బలమైన భుజం ఉంది.~1610/cm వద్ద ఉన్న పదునైన బ్యాండ్ OH యొక్క బెండింగ్ వైబ్రేషన్‌కు సంబంధించినది మరియు ~3400/cm వద్ద ఉన్న విస్తృత శోషణ బ్యాండ్ హైడ్రాక్సిల్ సమూహంలో OH యొక్క స్ట్రెచింగ్ వైబ్రేషన్‌కు సంబంధించినది43.ఈ ఫలితాలు Fig. 4bలోని XPS స్పెక్ట్రమ్‌కు అనుగుణంగా ఉంటాయి, ఇక్కడ WO ఫంక్షనల్ గ్రూప్ VO2+/VO2+ ప్రతిచర్య కోసం క్రియాశీల సైట్‌లను అందించగలదు.
HWO మరియు HWO-50% C76 (a) యొక్క FTIR విశ్లేషణ ఫంక్షనల్ గ్రూపులు మరియు కాంటాక్ట్ యాంగిల్ కొలతలను చూపిస్తుంది (b, c).
OH సమూహం VO2+/VO2+ ప్రతిచర్యను కూడా ఉత్ప్రేరకపరుస్తుంది, తద్వారా ఎలక్ట్రోడ్ యొక్క హైడ్రోఫిలిసిటీని పెంచుతుంది, తద్వారా వ్యాప్తి మరియు ఎలక్ట్రాన్ బదిలీ రేట్లను ప్రోత్సహిస్తుంది.HWO-50% C76 నమూనా చిత్రంలో చూపిన విధంగా అదనపు C76 శిఖరాన్ని చూపుతుంది.~2905, 2375, 1705, 1607, మరియు 1445 cm3 వద్ద ఉన్న శిఖరాలను వరుసగా CH, O=C=O, C=O, C=C మరియు CO స్ట్రెచింగ్ వైబ్రేషన్‌లకు కేటాయించవచ్చు.ఆక్సిజన్ ఫంక్షనల్ గ్రూపులు C=O మరియు CO వనాడియం యొక్క రెడాక్స్ ప్రతిచర్యలకు క్రియాశీల కేంద్రాలుగా పనిచేస్తాయని అందరికీ తెలుసు.రెండు ఎలక్ట్రోడ్‌ల తేమను పరీక్షించడానికి మరియు పోల్చడానికి, అంజీర్ 5b, cలో చూపిన విధంగా కాంటాక్ట్ యాంగిల్ కొలతలు ఉపయోగించబడ్డాయి.HWO ఎలక్ట్రోడ్ వెంటనే నీటి బిందువులను గ్రహిస్తుంది, అందుబాటులో ఉన్న OH ఫంక్షనల్ గ్రూపుల కారణంగా సూపర్హైడ్రోఫిలిసిటీని సూచిస్తుంది.HWO-50% C76 మరింత హైడ్రోఫోబిక్, 10 సెకన్ల తర్వాత 135° కాంటాక్ట్ యాంగిల్ ఉంటుంది.అయినప్పటికీ, ఎలెక్ట్రోకెమికల్ కొలతలలో, HWO-50%C76 ఎలక్ట్రోడ్ ఒక నిమిషం కంటే తక్కువ సమయంలో పూర్తిగా తడిసిపోయింది.తేమ కొలతలు XPS మరియు FTIR ఫలితాలకు అనుగుణంగా ఉంటాయి, HWO ఉపరితలంపై ఉన్న మరిన్ని OH సమూహాలు దానిని సాపేక్షంగా మరింత హైడ్రోఫిలిక్‌గా మారుస్తాయని సూచిస్తున్నాయి.
HWO మరియు HWO-C76 నానోకంపొజిట్‌ల VO2+/VO2+ ప్రతిచర్యలు పరీక్షించబడ్డాయి మరియు మిశ్రమ ఆమ్లాలలో VO2+/VO2+ ప్రతిచర్యల సమయంలో సంభవించే క్లోరిన్ వాయువు యొక్క పరిణామాన్ని HWO అణిచివేస్తుందని అంచనా వేయబడింది, అయితే C76 కావలసిన VO2+/ VO2+ని మరింత ఉత్ప్రేరకపరుస్తుంది.10%, 30% మరియు 50% C76 కలిగిన HWO సస్పెన్షన్‌లు UCC ఎలక్ట్రోడ్‌లకు దాదాపు 2 mg/cm2 మొత్తం లోడ్‌తో వర్తింపజేయబడ్డాయి.
అంజీర్లో చూపిన విధంగా.6, ఎలక్ట్రోడ్ ఉపరితలంపై VO2+/VO2+ ప్రతిచర్య యొక్క గతిశాస్త్రం మిశ్రమ ఆమ్ల ఎలక్ట్రోలైట్‌లలో CVని ఉపయోగించి పరిశీలించబడింది.ΔEp మరియు Ipa/Ipc పోలికను సులభతరం చేయడానికి కరెంట్‌లు I/Ipaగా చూపబడ్డాయి.వివిధ ఉత్ప్రేరకాలు ఫిగర్ నుండి నేరుగా పొందబడతాయి.ప్రస్తుత ప్రాంత యూనిట్ డేటా మూర్తి 2Sలో చూపబడింది.అంజీర్ న.ఎలక్ట్రోడ్ ఉపరితలంపై VO2+/VO2+ రెడాక్స్ ప్రతిచర్య యొక్క ఎలక్ట్రాన్ బదిలీ రేటును HWO కొద్దిగా పెంచుతుందని మరియు పరాన్నజీవి క్లోరిన్ పరిణామం యొక్క ప్రతిచర్యను అణిచివేస్తుందని మూర్తి 6a చూపిస్తుంది.అయినప్పటికీ, C76 ఎలక్ట్రాన్ బదిలీ రేటును గణనీయంగా పెంచుతుంది మరియు క్లోరిన్ పరిణామ ప్రతిచర్యను ఉత్ప్రేరకపరుస్తుంది.అందువల్ల, HWO మరియు C76 యొక్క సరైన కూర్పుతో కూడిన కాంప్లెక్స్ ఉత్తమ కార్యాచరణను కలిగి ఉండాలి మరియు క్లోరిన్ ప్రతిచర్యను నిరోధించే అత్యధిక సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉండాలి.C76 కంటెంట్‌ను పెంచిన తర్వాత, ఎలక్ట్రోడ్ యొక్క ఎలెక్ట్రోకెమికల్ కార్యకలాపాలు మెరుగుపడినట్లు కనుగొనబడింది, ΔEp తగ్గుదల మరియు Ipa/Ipc నిష్పత్తి (టేబుల్ S3) పెరుగుదల ద్వారా రుజువు చేయబడింది.అంజీర్ 6d (టేబుల్ S3)లోని నైక్విస్ట్ ప్లాట్ నుండి సంగ్రహించబడిన RCT విలువల ద్వారా కూడా ఇది ధృవీకరించబడింది, ఇక్కడ C76 యొక్క పెరుగుతున్న కంటెంట్‌తో RCT విలువలు తగ్గినట్లు కనుగొనబడింది.ఈ ఫలితాలు లీ యొక్క అధ్యయనానికి అనుగుణంగా ఉన్నాయి, దీనిలో మెసోపోరస్ WO3కి మెసోపోరస్ కార్బన్ జోడించడం VO2+/VO2+35పై ఛార్జ్ బదిలీ గతిశాస్త్రాన్ని మెరుగుపరిచింది.సానుకూల ప్రతిచర్య ఎలక్ట్రోడ్ (C=C బాండ్)18,24,35,36,37 యొక్క వాహకతపై ఎక్కువగా ఆధారపడి ఉంటుందని ఇది సూచిస్తుంది.[VO(H2O)5]2+ మరియు [VO2(H2O)4]+ మధ్య సమన్వయ జ్యామితిలో మార్పు కారణంగా, C76 కణజాల శక్తిని తగ్గించడం ద్వారా ప్రతిస్పందన ఓవర్ స్ట్రెయిన్‌ను కూడా తగ్గిస్తుంది.అయినప్పటికీ, HWO ఎలక్ట్రోడ్‌లతో ఇది సాధ్యం కాకపోవచ్చు.
(a) 0.1 M VOSO4/1 M H2SO4 + 1 M HCl ఎలక్ట్రోలైట్‌లో (ν = 5 mV/s వద్ద) VO2+/VO2+ ప్రతిచర్యలలో విభిన్న HWO:C76 నిష్పత్తులతో UCC మరియు HWO-C76 మిశ్రమాల చక్రీయ వోల్టామెట్రిక్ ప్రవర్తన.(b) Randles-Sevchik మరియు (c) నికల్సన్ యొక్క VO2+/VO2+ వ్యాప్తి సామర్థ్యాన్ని అంచనా వేయడానికి మరియు k0 విలువలను పొందేందుకు (d).
HWO-50% C76 VO2+/VO2+ ప్రతిచర్య కోసం C76 వలె దాదాపు అదే ఎలక్ట్రోక్యాటలిటిక్ చర్యను ప్రదర్శించడమే కాకుండా, మరింత ఆసక్తికరంగా, ఇది చిత్రంలో చూపిన విధంగా C76తో పోలిస్తే క్లోరిన్ వాయువు యొక్క పరిణామాన్ని అదనంగా అణిచివేసింది.6a, అంజీర్‌లో చిన్న సెమిసర్కిల్‌ను చూపడంతో పాటు.6g (తక్కువ RCT).C76 HWO-50% C76 (టేబుల్ S3) కంటే ఎక్కువ స్పష్టమైన Ipa/Ipcని చూపింది, మెరుగైన ప్రతిచర్య రివర్సిబిలిటీ కారణంగా కాదు, కానీ SHEతో పోలిస్తే 1.2 V వద్ద క్లోరిన్ తగ్గింపు పీక్‌తో అతివ్యాప్తి చెందడం వల్ల.HWO-50% C76 యొక్క ఉత్తమ పనితీరు ప్రతికూలంగా ఛార్జ్ చేయబడిన అధిక వాహక C76 మరియు HWOలో W-OH యొక్క అధిక తేమ మరియు ఉత్ప్రేరక కార్యాచరణల మధ్య సినర్జీకి ఆపాదించబడింది.తక్కువ క్లోరిన్ ఉద్గారాలు పూర్తి సెల్ యొక్క ఛార్జింగ్ సామర్థ్యాన్ని మెరుగుపరుస్తాయి, మెరుగైన గతిశాస్త్రం పూర్తి సెల్ వోల్టేజ్ యొక్క సామర్థ్యాన్ని పెంచుతుంది.
సమీకరణం S1 ప్రకారం, విస్తరణ ద్వారా నియంత్రించబడే పాక్షిక-రివర్సిబుల్ (సాపేక్షంగా నెమ్మదిగా ఎలక్ట్రాన్ బదిలీ) ప్రతిచర్య కోసం, పీక్ కరెంట్ (IP) ఎలక్ట్రాన్ల సంఖ్య (n), ఎలక్ట్రోడ్ ప్రాంతం (A), డిఫ్యూజన్ కోఎఫీషియంట్ (D), సంఖ్యపై ఆధారపడి ఉంటుంది. ఎలక్ట్రాన్ల బదిలీ గుణకం (α) మరియు స్కానింగ్ వేగం (ν).పరీక్షించిన పదార్థాల వ్యాప్తి నియంత్రిత ప్రవర్తనను అధ్యయనం చేయడానికి, IP మరియు ν1/2 మధ్య సంబంధం చిత్రీకరించబడింది మరియు అంజీర్ 6bలో చూపబడింది.అన్ని పదార్థాలు సరళ సంబంధాన్ని చూపుతాయి కాబట్టి, ప్రతిచర్య వ్యాప్తి ద్వారా నియంత్రించబడుతుంది.VO2+/VO2+ రియాక్షన్ పాక్షిక-రివర్సిబుల్ అయినందున, రేఖ యొక్క వాలు వ్యాప్తి గుణకం మరియు α (సమీకరణం S1) విలువపై ఆధారపడి ఉంటుంది.స్థిరమైన వ్యాప్తి గుణకం (≈ 4 × 10–6 cm2/s)52 కారణంగా, లైన్ వాలులో వ్యత్యాసం నేరుగా α యొక్క విభిన్న విలువలను సూచిస్తుంది మరియు అందువల్ల C76 మరియు HWO -50తో ఎలక్ట్రోడ్ ఉపరితలంపై ఎలక్ట్రాన్ బదిలీ యొక్క వివిధ రేట్లు. % C76, నిటారుగా ఉండే వాలులను ప్రదర్శిస్తుంది (అత్యధిక ఎలక్ట్రాన్ బదిలీ రేటు).
టేబుల్ S3 (Fig. 6d)లో చూపబడిన లెక్కించబడిన తక్కువ-పౌనఃపున్య వార్‌బర్గ్ వాలులు (W) అన్ని పదార్థాలకు 1కి దగ్గరగా ఉన్న విలువలను కలిగి ఉంటాయి, ఇది రెడాక్స్ కణాల యొక్క ఖచ్చితమైన వ్యాప్తిని సూచిస్తుంది మరియు CV కోసం IP వర్సెస్ ν1/2 యొక్క సరళ ప్రవర్తనను నిర్ధారిస్తుంది.కొలతలు.HWO-50% C76 కోసం, వార్‌బర్గ్ వాలు ఐక్యత నుండి 1.32కి మారుతుంది, ఇది రియాక్టెంట్‌ల సెమీ-ఇన్‌ఫినిట్ డిఫ్యూజన్ (VO2+) నుండి మాత్రమే కాకుండా, ఎలక్ట్రోడ్ సచ్ఛిద్రత కారణంగా వ్యాప్తి ప్రవర్తనలో సన్నని-పొర ప్రవర్తనను కూడా సూచిస్తుంది.
VO2+/VO2+ రెడాక్స్ రియాక్షన్ యొక్క రివర్సిబిలిటీ (ఎలక్ట్రాన్ బదిలీ రేటు)ని మరింత విశ్లేషించడానికి, నికల్సన్ క్వాసి-రివర్సిబుల్ రియాక్షన్ పద్ధతి కూడా ప్రామాణిక రేటు స్థిరాంకం k041.42ని నిర్ణయించడానికి ఉపయోగించబడింది.S2 సమీకరణాన్ని ఉపయోగించి ν−1/2 ఫంక్షన్‌గా ΔEp యొక్క ఫంక్షన్‌గా డైమెన్షన్‌లెస్ గతి పరామితి Ψను ప్లాట్ చేయడం ద్వారా ఇది జరుగుతుంది.టేబుల్ S4 ప్రతి ఎలక్ట్రోడ్ మెటీరియల్ కోసం ఫలిత Ψ విలువలను చూపుతుంది.ప్రతి ప్లాట్ యొక్క వాలు కోసం సమీకరణం S3ని ఉపయోగించి k0 × 104 cm/s (ప్రతి అడ్డు వరుస ప్రక్కన వ్రాసి టేబుల్ S4లో అందించబడింది) పొందేందుకు ఫలితాలను (Figure 6c) ప్లాట్ చేయండి.HWO-50% C76 అత్యధిక వాలు (Fig. 6c) కలిగి ఉన్నట్లు కనుగొనబడింది మరియు అందువల్ల అత్యధిక k0 విలువ 2.47 × 10-4 cm/s.ఈ ఎలక్ట్రోడ్ CV మరియు EIS ఫలితాలకు అనుగుణంగా వేగవంతమైన గతిశాస్త్రాన్ని ఫిగర్స్ 6a మరియు d మరియు టేబుల్ S3లో అందిస్తుంది.అదనంగా, RCT విలువలను (టేబుల్ S3) ఉపయోగించి ఈక్వేషన్ S4 యొక్క నైక్విస్ట్ ప్లాట్లు (Fig. 6d) నుండి కూడా k0 విలువలు పొందబడ్డాయి.EIS నుండి ఈ k0 ఫలితాలు టేబుల్ S4లో సంగ్రహించబడ్డాయి మరియు సినర్జిస్టిక్ ప్రభావం కారణంగా HWO-50% C76 అత్యధిక ఎలక్ట్రాన్ బదిలీ రేటును ప్రదర్శిస్తుందని కూడా చూపిస్తుంది.ప్రతి పద్ధతి యొక్క విభిన్న మూలం కారణంగా k0 విలువ భిన్నంగా ఉన్నప్పటికీ, ఇది ఇప్పటికీ అదే పరిమాణం యొక్క క్రమాన్ని చూపుతుంది మరియు స్థిరత్వాన్ని చూపుతుంది.
సాధించగల అద్భుతమైన గతిశాస్త్రాన్ని పూర్తిగా అర్థం చేసుకోవడానికి, సరైన ఎలక్ట్రోడ్ పదార్థాన్ని అన్‌ఇన్సులేటెడ్ UCC మరియు TCC ఎలక్ట్రోడ్‌లతో పోల్చడం చాలా ముఖ్యం.VO2+/VO2+ ప్రతిచర్య కోసం, HWO-C76 అత్యల్ప ΔEp మరియు మెరుగైన రివర్సిబిలిటీని చూపించడమే కాకుండా, TCCతో పోలిస్తే పరాన్నజీవి క్లోరిన్ పరిణామ ప్రతిచర్యను గణనీయంగా అణిచివేసింది, OHAతో పోలిస్తే 1.45 V వద్ద గణనీయమైన ప్రస్తుత తగ్గుదల ద్వారా సూచించబడింది (Fig. 7a).స్థిరత్వం పరంగా, ఉత్ప్రేరకం PVDF బైండర్‌తో మిళితం చేయబడినందున HWO-50% C76 భౌతికంగా స్థిరంగా ఉందని మేము భావించాము మరియు తరువాత కార్బన్ క్లాత్ ఎలక్ట్రోడ్‌లకు వర్తించబడుతుంది.UCC కోసం 50 mVతో పోలిస్తే, HWO-50% C76 150 చక్రాల తర్వాత 44 mV గరిష్ట మార్పును చూపింది (అధోకరణ రేటు 0.29 mV/చక్రం) (మూర్తి 7b).ఇది పెద్ద తేడా కాకపోవచ్చు, కానీ UCC ఎలక్ట్రోడ్‌ల గతిశాస్త్రం చాలా నెమ్మదిగా ఉంటుంది మరియు సైక్లింగ్‌తో క్షీణిస్తుంది, ముఖ్యంగా బ్యాక్ రియాక్షన్ కోసం.TCC యొక్క రివర్సిబిలిటీ UCC కంటే మెరుగ్గా ఉన్నప్పటికీ, TCC 150 చక్రాల తర్వాత 73 mV యొక్క పెద్ద పీక్ షిఫ్ట్‌ను కలిగి ఉన్నట్లు కనుగొనబడింది, ఇది దాని ఉపరితలం నుండి విడుదలయ్యే పెద్ద మొత్తంలో క్లోరిన్ కారణంగా కావచ్చు.ఉత్ప్రేరకం ఎలక్ట్రోడ్ ఉపరితలంపై బాగా కట్టుబడి ఉందని నిర్ధారించడానికి.పరీక్షించిన అన్ని ఎలక్ట్రోడ్‌లలో చూడగలిగినట్లుగా, మద్దతు ఉన్న ఉత్ప్రేరకాలు లేనివి కూడా వివిధ స్థాయిలలో సైక్లింగ్ అస్థిరతను ప్రదర్శిస్తాయి, సైక్లింగ్ సమయంలో పీక్ సెపరేషన్‌లో మార్పులు ఉత్ప్రేరకం వేరు కాకుండా రసాయన మార్పుల వల్ల మెటీరియల్ డియాక్టివేషన్ కారణంగా సంభవిస్తాయని సూచిస్తున్నాయి.అలాగే, ఎలక్ట్రోడ్ ఉపరితలం నుండి పెద్ద మొత్తంలో ఉత్ప్రేరక కణాలను వేరు చేస్తే, ఇది గరిష్ట విభజనలో గణనీయమైన పెరుగుదలకు దారి తీస్తుంది (44 mV మాత్రమే కాదు), VO2+/VO2+ కోసం సబ్‌స్ట్రేట్ (UCC) సాపేక్షంగా నిష్క్రియంగా ఉంటుంది. రెడాక్స్ ప్రతిచర్య.
CV (a) యొక్క పోలిక మరియు CCCకి సంబంధించి సరైన ఎలక్ట్రోడ్ పదార్థం యొక్క రెడాక్స్ ప్రతిచర్య VO2+/VO2+ (b) స్థిరత్వం.ఎలక్ట్రోలైట్ 0.1 M VOSO4/1 M H2SO4 + 1 M HClలో, అన్ని CVలు ν = 5 mV/sకి సమానంగా ఉంటాయి.
VRFB సాంకేతికత యొక్క ఆర్థిక ఆకర్షణను పెంచడానికి, అధిక శక్తి సామర్థ్యాన్ని సాధించడానికి వెనాడియం రెడాక్స్ ప్రతిచర్య యొక్క గతిశాస్త్రాన్ని మెరుగుపరచడం మరియు అర్థం చేసుకోవడం చాలా అవసరం.HWO-C76 మిశ్రమాలు తయారు చేయబడ్డాయి మరియు VO2+/VO2+ ప్రతిచర్యపై వాటి ఎలక్ట్రోక్యాటలిటిక్ ప్రభావం అధ్యయనం చేయబడింది.HWO తక్కువ గతి మెరుగుదలని చూపింది కానీ మిశ్రమ ఆమ్ల ఎలక్ట్రోలైట్‌లలో క్లోరిన్ పరిణామాన్ని గణనీయంగా అణిచివేసింది.HWO-ఆధారిత ఎలక్ట్రోడ్‌ల గతిశాస్త్రాన్ని మరింత ఆప్టిమైజ్ చేయడానికి HWO:C76 యొక్క వివిధ నిష్పత్తులు ఉపయోగించబడ్డాయి.C76 యొక్క కంటెంట్‌ను HWOకి పెంచడం ద్వారా సవరించిన ఎలక్ట్రోడ్‌పై VO2+/VO2+ ప్రతిచర్య యొక్క ఎలక్ట్రాన్ బదిలీ గతిశాస్త్రాన్ని మెరుగుపరుస్తుంది, వీటిలో HWO-50% C76 ఉత్తమ పదార్థం ఎందుకంటే ఇది చార్జ్ బదిలీ నిరోధకతను తగ్గిస్తుంది మరియు క్లోరిన్ వాయువు పరిణామాన్ని మరింత అణిచివేస్తుంది. C76.మరియు TCC విడుదలయ్యాయి.ఇది C=C sp2 హైబ్రిడైజేషన్, OH మరియు W-OH ఫంక్షనల్ గ్రూపుల మధ్య సినర్జిస్టిక్ ప్రభావం కారణంగా జరిగింది.HWO-50% C76 యొక్క క్షీణత రేటు బహుళ సైక్లింగ్‌లో 0.29mV/సైకిల్‌గా గుర్తించబడింది, అయితే UCC మరియు TCC వరుసగా 0.33mV/సైకిల్ మరియు 0.49mV/సైకిల్, ఇది మిశ్రమ యాసిడ్ ఎలక్ట్రోలైట్‌లలో చాలా స్థిరంగా ఉంటుంది.అందించిన ఫలితాలు వేగవంతమైన గతిశాస్త్రం మరియు అధిక స్థిరత్వంతో VO2+/VO2+ ప్రతిచర్య కోసం అధిక పనితీరు గల ఎలక్ట్రోడ్ పదార్థాలను విజయవంతంగా గుర్తిస్తాయి.ఇది అవుట్‌పుట్ వోల్టేజీని పెంచుతుంది, తద్వారా VRFB యొక్క శక్తి సామర్థ్యాన్ని మెరుగుపరుస్తుంది, తద్వారా దాని భవిష్యత్ వాణిజ్యీకరణ ఖర్చు తగ్గుతుంది.
ప్రస్తుత అధ్యయనంలో ఉపయోగించిన మరియు/లేదా విశ్లేషించబడిన డేటాసెట్‌లు సహేతుకమైన అభ్యర్థనపై సంబంధిత రచయితల నుండి అందుబాటులో ఉంటాయి.
లుడెరర్ జి. మరియు ఇతరులు.గ్లోబల్ లో-కార్బన్ ఎనర్జీ దృశ్యాలలో గాలి మరియు సౌర శక్తిని అంచనా వేయడం: ఒక పరిచయం.ఎనర్జీ ఎకనామిక్స్.64, 542–551.https://doi.org/10.1016/j.eneco.2017.03.027 (2017).
లీ, HJ, పార్క్, S. మరియు కిమ్, H. వెనాడియం మాంగనీస్ రెడాక్స్ ఫ్లో బ్యాటరీల పనితీరుపై MnO2 నిక్షేపణ ప్రభావం యొక్క విశ్లేషణ.J. ఎలక్ట్రోకెమిస్ట్రీ.సమాజం.165(5), A952-A956.https://doi.org/10.1149/2.0881805jes (2018).
షా, AA, తంగిరాల, R., సింగ్, R., విల్స్, RGA మరియు వాల్ష్, FK డైనమిక్ యూనిట్ సెల్ మోడల్ ఆల్-వెనాడియం రెడాక్స్ ఫ్లో బ్యాటరీ కోసం.J. ఎలక్ట్రోకెమిస్ట్రీ.సమాజం.158(6), A671.https://doi.org/10.1149/1.3561426 (2011).
Gandomi, YA, Aaron, DS, Zawodzinski, TA, మరియు మెన్చ్, MM ఆల్-వెనాడియం రెడాక్స్ ఫ్లో బ్యాటరీ కోసం ఇన్-సిటు సంభావ్య పంపిణీ కొలత మరియు ధృవీకరణ నమూనా.J. ఎలక్ట్రోకెమిస్ట్రీ.సమాజం.163(1), A5188-A5201.https://doi.org/10.1149/2.0211601jes (2016).
సుషిమా, S. మరియు సుజుకి, T. ఎలక్ట్రోడ్ నిర్మాణాన్ని ఆప్టిమైజ్ చేయడానికి ఇంటర్‌డిజిటేటెడ్ ఫ్లక్స్ ఫీల్డ్‌తో వెనాడియం రెడాక్స్ బ్యాటరీ యొక్క మోడలింగ్ మరియు సిమ్యులేషన్.J. ఎలక్ట్రోకెమిస్ట్రీ.సమాజం.167(2), 020553. https://doi.org/10.1149/1945-7111/ab6dd0 (2020).
Sun, B. మరియు Skillas-Kazakos, M. వనాడియం రెడాక్స్ బ్యాటరీలలో అప్లికేషన్ కోసం గ్రాఫైట్ ఎలక్ట్రోడ్ మెటీరియల్స్ మార్పు - I. హీట్ ట్రీట్‌మెంట్.ఎలెక్ట్రోకెమిస్ట్రీ.యాక్టా 37(7), 1253–1260.https://doi.org/10.1016/0013-4686(92)85064-R (1992).
లియు, టి., లి, ఎస్., జాంగ్, హెచ్., మరియు చెన్, జె. వెనాడియం ఫ్లో బ్యాటరీలలో (విఎఫ్‌బిలు) పవర్ డెన్సిటీని మెరుగుపరచడానికి ఎలక్ట్రోడ్ మెటీరియల్‌లలో అడ్వాన్స్‌లు.J. ఎనర్జీ కెమిస్ట్రీ.27(5), 1292–1303.https://doi.org/10.1016/j.jechem.2018.07.003 (2018).
లియు, QH మరియు ఇతరులు.ఆప్టిమైజ్ చేయబడిన ఎలక్ట్రోడ్ కాన్ఫిగరేషన్ మరియు మెమ్బ్రేన్ ఎంపికతో అధిక సామర్థ్యం గల వెనాడియం రెడాక్స్ ఫ్లో సెల్.J. ఎలక్ట్రోకెమిస్ట్రీ.సమాజం.159(8), A1246-A1252.https://doi.org/10.1149/2.051208jes (2012).
వెయి, జి., జియా, కె., లియు, జె., మరియు యాంగ్, కె. కార్బన్‌తో కూడిన కాంపోజిట్ కార్బన్ నానోట్యూబ్ ఉత్ప్రేరకం ఎలక్ట్రోడ్‌లు వెనాడియం రెడాక్స్ బ్యాటరీ అప్లికేషన్‌లకు మద్దతునిచ్చాయి.J. విద్యుత్ సరఫరా.220, 185-192.https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2012.07.081 (2012).
మూన్, S., Kwon, BV, చాంగ్, Y., మరియు Kwon, Y. వనాడియం రెడాక్స్ ఫ్లో బ్యాటరీల పనితీరుపై ఆమ్లీకృత CNTలపై నిక్షిప్తం చేయబడిన బిస్మత్ సల్ఫేట్ ప్రభావం.J. ఎలక్ట్రోకెమిస్ట్రీ.సమాజం.166(12), A2602.https://doi.org/10.1149/2.1181912jes (2019).
హువాంగ్, R.-H.వేచి ఉండండి.వెనాడియం రెడాక్స్ ఫ్లో బ్యాటరీల కోసం ప్లాటినం/మల్టీ-వాల్డ్ కార్బన్ నానోట్యూబ్‌లతో సక్రియ ఎలక్ట్రోడ్‌లు సవరించబడ్డాయి.J. ఎలక్ట్రోకెమిస్ట్రీ.సమాజం.159(10), A1579.https://doi.org/10.1149/2.003210jes (2012).
కానీ, S. మరియు ఇతరులు.వెనాడియం రెడాక్స్ ఫ్లో బ్యాటరీ ఆర్గానోమెటాలిక్ స్కాఫోల్డ్‌ల నుండి తీసుకోబడిన నైట్రోజన్-డోప్డ్ కార్బన్ నానోట్యూబ్‌లతో అలంకరించబడిన ఎలక్ట్రోక్యాటలిస్ట్‌లను ఉపయోగిస్తుంది.J. ఎలక్ట్రోకెమిస్ట్రీ.సమాజం.165(7), A1388.https://doi.org/10.1149/2.0621807jes (2018).
ఖాన్, P. మరియు ఇతరులు.వనాడియం రెడాక్స్ ఫ్లో బ్యాటరీల కోసం VO2+/ మరియు V2+/V3+ రెడాక్స్ జంటల కోసం అద్భుతమైన ఎలక్ట్రోకెమికల్ క్రియాశీల పదార్థాలుగా గ్రాఫేన్ ఆక్సైడ్ నానోషీట్‌లు.కార్బన్ 49(2), 693–700.https://doi.org/10.1016/j.carbon.2010.10.022 (2011).
గొంజాలెజ్, Z. మరియు ఇతరులు.వనాడియం రెడాక్స్ బ్యాటరీల కోసం గ్రాఫేన్-మార్పు చేసిన గ్రాఫైట్ యొక్క అద్భుతమైన ఎలక్ట్రోకెమికల్ పనితీరు.J. విద్యుత్ సరఫరా.338, 155-162.https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2016.10.069 (2017).
గొంజాలెజ్ Z., విజిరియాను S., డైనెస్కు G., బ్లాంకో S. మరియు శాంటామరియా R. కార్బన్ నానోవాల్ ఫిల్మ్‌లు వనాడియం రెడాక్స్ ఫ్లో బ్యాటరీలలో నానోస్ట్రక్చర్డ్ ఎలక్ట్రోడ్ మెటీరియల్స్.నానో ఎనర్జీ 1(6), 833–839.https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2012.07.003 (2012).
Opar DO, Nankya R., Lee J., మరియు Yung H. త్రీ-డైమెన్షనల్ గ్రాఫేన్-మాడిఫైడ్ మెసోపోరస్ కార్బన్ అధిక-పనితీరు గల వనాడియం రెడాక్స్ ఫ్లో బ్యాటరీల కోసం భావించారు.ఎలక్ట్రోకెమిస్ట్రీ.చట్టం 330, 135276. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2019.135276 (2020).