AI Summary & Key Takeaways
AI InsightIn contrast, when bismuth was loaded onto the felt electrodes, reaction became diffusion controlled.
📌 3 Key Takeaways
Abstract
In this study, anode electrodes were modified and bismuth loaded to enhance chromium redox reaction for iron chromium redox flow batteries. Graphite felt anode electrode surface was modified by two step chemical treatment. Corrosive HF was used as an etchant to increase porosity at the first step and oxidizing H2O2 was used to increase wettability of electrode at the second step. Scanning electron microscopy (SEM) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analyses were used for the physical and chemical characterization of electrode materials. Cyclic voltammetry (CV) and linear sweeping voltammetry (LSV) techniques were conducted to investigate Cr2+/Cr3+ redox reaction kinetics for the modified electrodes with or without bismuth loading. Carbon nanoparticles formed on the surface and oxygen content increased. Contact angle for pristine graphite felt decreased from 132.6° to 128.5°, electrode wettability increased after treatment with HF and H2O2. Dispersion of bismuth particles became more uniform on modified electrode. Compared to untreated felt, the diffusion coefficient for Cr2+ has been almost doubled on modified graphite felt and Cr2+ concentration on the surface increased. When bismuth was in solution, reaction was controlled by charge transfer for modified electrode. In contrast, when bismuth was loaded onto the felt electrodes, reaction became diffusion controlled.
Özet
Bu çalışmada, demir krom redoks akış pillleri için krom redoks reaksiyonunu iyileştirmek amacıyla anot elektrotuna modifikasyon yapılmış ve bizmut yüklenmiştir. Grafit keçe anot elektrot yüzeyi iki aşamalı kimyasal işlem ile modifiye edilmiştir. İlk basamakta korozif HF aşındırıcı ajan olarak kullanılmış, ikinci basamakta ise oksitleyici H2O2 ıslanabilirliğin artırılması için kullanılmıştır. Taramalı elektron mikroskopu (SEM) ve X-ışını fotoelektron spektroskopisi (XPS) analizleri elektrot malzemelerinin fiziksel ve kimyasal karakterizasyonunda kullanılmıştır. Bizmut yüklemesinin olduğu ve olmadığı durumda Cr2+/Cr3+ redoks reaksiyonu kinetiğinin anlaşılmasında çevrimsel voltametri (CV) ve doğrusal süpürmeli voltametri teknikleri kullanılmıştır. Yüzeyde karbon nanoparçacıkları oluşmuş, oksijen içeriği artmıştır. İşlem görmemiş grafit keçe için temas açısı 132.6°’den 128.5°’ye düşmüş, HF ve H2O2 ile işlem sonucunda elektrot ıslanabilirliği artmıştır. Bizmut nanoparçacıklarının dağılımı modifiye edilmiş elektrot üzerinde daha homojen hale gelmiştir. İşlem görmemiş elektrota kıyasla, Cr2+ için difüzyon katsayısı modifiye edilmiş elektrot üzerinde neredeyse iki katına çıkmış, yüzeydeki Cr2+ konsantrasyonu artmıştır. Modifiye edilmiş elektrot için bizmut çözeltide olduğunda, reaksiyon yük transferi ile kontrol edilmektedir. Aksine, bizmut keçe elektotlara yüklendiğinde reaksiyon difüzyon kontrollü olmaktadır.