মিশ্র অ্যাসিডগুলিতে পরজীবী VO2+/VO2+ প্রতিক্রিয়াগুলির ইলেক্ট্রোক্যাটালিস্ট এবং ইনহিবিটর হিসাবে টাংস্টেন অক্সাইড/ফুলেরিনের উপর ভিত্তি করে 304 কৈশিক টিউব ন্যানোকম্পোজিট

Nature.com পরিদর্শন করার জন্য আপনাকে ধন্যবাদ.আপনি সীমিত CSS সমর্থন সহ একটি ব্রাউজার সংস্করণ ব্যবহার করছেন।সেরা অভিজ্ঞতার জন্য, আমরা আপনাকে একটি আপডেট করা ব্রাউজার ব্যবহার করার পরামর্শ দিই (অথবা ইন্টারনেট এক্সপ্লোরারে সামঞ্জস্য মোড অক্ষম করুন)৷উপরন্তু, চলমান সমর্থন নিশ্চিত করার জন্য, আমরা স্টাইল এবং জাভাস্ক্রিপ্ট ছাড়া সাইট দেখাই।
একবারে তিনটি স্লাইডের একটি ক্যারোজেল প্রদর্শন করে৷একবারে তিনটি স্লাইডের মধ্য দিয়ে যেতে পূর্ববর্তী এবং পরবর্তী বোতামগুলি ব্যবহার করুন, অথবা একটি সময়ে তিনটি স্লাইডের মধ্য দিয়ে যেতে শেষে স্লাইডার বোতামগুলি ব্যবহার করুন৷

স্টেইনলেস স্টীল 304 কয়েল টিউব রাসায়নিক রচনা

304 স্টেইনলেস স্টিল কয়েল টিউব হল এক ধরণের অস্টেনিটিক ক্রোমিয়াম-নিকেল খাদ।স্টেইনলেস স্টিল 304 কয়েল টিউব প্রস্তুতকারকের মতে, এতে প্রধান উপাদান হল Cr (17%-19%), এবং Ni (8%-10.5%)।ক্ষয় প্রতিরোধ ক্ষমতা উন্নত করার জন্য, অল্প পরিমাণে Mn (2%) এবং Si (0.75%) রয়েছে।

স্টেইনলেস স্টীল 304 কয়েল টিউব যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্য

304 স্টেইনলেস স্টীল কয়েল টিউবের যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্যগুলি নিম্নরূপ:

• প্রসার্য শক্তি: ≥515MPa
• ফলন শক্তি: ≥205MPa
• প্রসারণ: ≥30%

স্টেইনলেস স্টীল 304 কয়েল টিউবের প্রয়োগ ও ব্যবহার

ভ্যানাডিয়াম রেডক্স ফ্লো ব্যাটারির (VRFBs) তুলনামূলকভাবে উচ্চ খরচ তাদের ব্যাপক ব্যবহারকে সীমিত করে।VRFB-এর শক্তি ঘনত্ব এবং শক্তির দক্ষতা বৃদ্ধির জন্য ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল বিক্রিয়ার গতিবিদ্যাকে অবশ্যই উন্নত করতে হবে, যার ফলে VRFB-এর kWh খরচ কমে যাবে।এই কাজে, হাইড্রোথার্মালি সংশ্লেষিত হাইড্রেটেড টংস্টেন অক্সাইড (HWO) ন্যানো পার্টিকেল, C76 এবং C76/HWO, কার্বন কাপড়ের ইলেক্ট্রোডগুলিতে জমা করা হয়েছিল এবং VO2+/VO2+ রেডক্স প্রতিক্রিয়ার জন্য ইলেক্ট্রোক্যাটালিস্ট হিসাবে পরীক্ষা করা হয়েছিল।ফিল্ড এমিশন স্ক্যানিং ইলেক্ট্রন মাইক্রোস্কোপি (এফইএসইএম), এনার্জি ডিসপারসিভ এক্স-রে স্পেকট্রোস্কোপি (ইডিএক্স), হাই-রেজোলিউশন ট্রান্সমিশন ইলেক্ট্রন মাইক্রোস্কোপি (এইচআর-টিইএম), এক্স-রে ডিফ্রাকশন (এক্সআরডি), এক্স-রে ফটোইলেক্ট্রন স্পেকট্রোস্কোপি (এক্সপিএস), ইনফ্রারেড ফুরিয়ার। রূপান্তর স্পেকট্রোস্কোপি (FTIR) এবং যোগাযোগের কোণ পরিমাপ।এটি পাওয়া গেছে যে HWO-তে C76 ফুলেরিন সংযোজন VO2+/VO2+ রেডক্স প্রতিক্রিয়ার সাপেক্ষে ইলেক্ট্রোডের গতিবিদ্যাকে উন্নত করতে পারে পরিবাহিতা বাড়িয়ে এবং এর পৃষ্ঠে অক্সিজেন-ধারণকারী ফাংশনাল গ্রুপ প্রদান করে।HWO/C76 যৌগিক (50 wt% C76) অপরিশোধিত কার্বন কাপড়ের (UCC) জন্য 365 mV এর তুলনায় 176 mV এর ΔEp সহ VO2+/VO2+ বিক্রিয়ার জন্য সবচেয়ে উপযুক্ত বলে প্রমাণিত হয়েছে।উপরন্তু, HWO/C76 কম্পোজিট W-OH কার্যকরী গোষ্ঠীর কারণে পরজীবী ক্লোরিন বিবর্তন প্রতিক্রিয়ার উল্লেখযোগ্য বাধা দেখিয়েছে।
তীব্র মানবিক কার্যকলাপ এবং দ্রুত শিল্প বিপ্লব বিদ্যুতের জন্য একটি অপ্রতিরোধ্যভাবে উচ্চ চাহিদার দিকে পরিচালিত করেছে, যা প্রতি বছর প্রায় 3% হারে বৃদ্ধি পাচ্ছে।কয়েক দশক ধরে, শক্তির উত্স হিসাবে জীবাশ্ম জ্বালানির ব্যাপক ব্যবহার গ্রিনহাউস গ্যাস নির্গমনের দিকে পরিচালিত করেছে, যা বিশ্ব উষ্ণায়ন, জল এবং বায়ু দূষণের দিকে পরিচালিত করে, সমগ্র বাস্তুতন্ত্রকে হুমকির মুখে ফেলেছে।ফলস্বরূপ, 2050 সালের মধ্যে পরিচ্ছন্ন পুনর্নবীকরণযোগ্য শক্তি এবং সৌর শক্তির অংশ মোট বিদ্যুতের 75%-এ পৌঁছাবে বলে অনুমান করা হয়েছে।যাইহোক, যখন নবায়নযোগ্য শক্তি উৎপাদন মোট বিদ্যুৎ উৎপাদনের 20% ছাড়িয়ে যায়, তখন গ্রিড অস্থির হয়ে যায় 1. দক্ষ শক্তি সঞ্চয় ব্যবস্থার বিকাশ এই পরিবর্তনের জন্য গুরুত্বপূর্ণ, কারণ তাদের অবশ্যই অতিরিক্ত বিদ্যুৎ সঞ্চয় করতে হবে এবং সরবরাহ ও চাহিদার ভারসাম্য বজায় রাখতে হবে।
হাইব্রিড ভ্যানাডিয়াম রেডক্স ফ্লো ব্যাটারির মতো সমস্ত শক্তি সঞ্চয় ব্যবস্থার মধ্যে 2, সমস্ত ভ্যানাডিয়াম রেডক্স ফ্লো ব্যাটারি (VRFBs) তাদের অনেক সুবিধার কারণে সবচেয়ে উন্নত 3 এবং দীর্ঘমেয়াদী শক্তি সঞ্চয়ের (~30 বছর) জন্য সর্বোত্তম সমাধান হিসাবে বিবেচিত হয়।নবায়নযোগ্য শক্তির উৎসের ব্যবহার ৪.এটি শক্তি এবং শক্তির ঘনত্ব, দ্রুত প্রতিক্রিয়া, দীর্ঘ জীবন এবং লি-আয়ন এবং সীসা-অ্যাসিড ব্যাটারির জন্য $93-140/kWh এবং 279-420 USD/kWh-এর তুলনায় $65/kWh এর তুলনামূলকভাবে কম বার্ষিক খরচের কারণে।/kWh ব্যাটারি যথাক্রমে 4.
যাইহোক, তাদের ব্যাপক বাণিজ্যিকীকরণ তুলনামূলকভাবে উচ্চ সিস্টেম মূলধন খরচ দ্বারা বাধাগ্রস্ত হচ্ছে, প্রধানত ব্যাটারি প্যাক4,5 এর কারণে।এইভাবে, দুটি অর্ধ-কোষ প্রতিক্রিয়ার গতিবিদ্যা বৃদ্ধি করে ব্যাটারির কর্মক্ষমতা উন্নত করা ব্যাটারির আকার কমাতে পারে এবং এইভাবে খরচ কমাতে পারে।অতএব, ইলেক্ট্রোড পৃষ্ঠে দ্রুত ইলেকট্রন স্থানান্তর প্রয়োজন, ইলেক্ট্রোডের নকশা, রচনা এবং কাঠামোর উপর নির্ভর করে, যা সাবধানে অপ্টিমাইজ করা আবশ্যক।যদিও কার্বন-ভিত্তিক ইলেক্ট্রোডগুলির ভাল রাসায়নিক এবং ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল স্থিতিশীলতা এবং ভাল বৈদ্যুতিক পরিবাহিতা রয়েছে, যদি চিকিত্সা না করা হয় তবে অক্সিজেন কার্যকরী গ্রুপ এবং হাইড্রোফিলিসিটি 7,8 এর অনুপস্থিতির কারণে তাদের গতিবিদ্যা ধীর হবে।তাই, উভয় ইলেক্ট্রোডের গতিবিদ্যা উন্নত করতে বিভিন্ন ইলেক্ট্রোক্যাটালিস্টকে কার্বন ইলেক্ট্রোড, বিশেষ করে কার্বন ন্যানোস্ট্রাকচার এবং মেটাল অক্সাইডের সাথে একত্রিত করা হয়, যার ফলে VRFB ইলেক্ট্রোডের গতিবিদ্যা বৃদ্ধি পায়।
অনেক কার্বন উপাদান ব্যবহার করা হয়েছে, যেমন কার্বন পেপার9, কার্বন ন্যানোটিউব 10,11,12,13, গ্রাফিন-ভিত্তিক ন্যানোস্ট্রাকচার 14,15,16,17, কার্বন ন্যানোফাইবার 18 এবং অন্যান্য 19,20,21,22,23 ফুলেরিন পরিবার ছাড়া .C76-এ আমাদের পূর্ববর্তী গবেষণায়, আমরা প্রথমবারের মতো VO2+/VO2+ এর দিকে এই ফুলেরিনের চমৎকার ইলেক্ট্রোক্যাটালিটিক কার্যকলাপ রিপোর্ট করেছি, তাপ-চিকিত্সা করা এবং অপরিশোধিত কার্বন কাপড়ের তুলনায়, চার্জ স্থানান্তর প্রতিরোধ ক্ষমতা 99.5% এবং 97%24 হ্রাস পেয়েছে।C76 এর তুলনায় VO2+/VO2+ বিক্রিয়ার জন্য কার্বন পদার্থের অনুঘটক কর্মক্ষমতা সারণি S1 এ দেখানো হয়েছে।অন্যদিকে, অনেক ধাতব অক্সাইড যেমন CeO225, ZrO226, MoO327, NiO28, SnO229, Cr2O330 এবং WO331, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38 তাদের বর্ধিত ভেজাজেন কন্টেন্ট এবং উচ্চ অক্সাইডের কারণে ব্যবহৃত হয়।গ্রুপসারণি S2 VO2+/VO2+ বিক্রিয়ায় এই ধাতব অক্সাইডগুলির অনুঘটক কর্মক্ষমতা দেখায়।WO3 এর কম খরচ, অ্যাসিডিক মিডিয়াতে উচ্চ স্থিতিশীলতা এবং উচ্চ অনুঘটক কার্যকলাপের কারণে উল্লেখযোগ্য সংখ্যক কাজে ব্যবহৃত হয়েছে31,32,33,34,35,36,37,38।যাইহোক, WO3 ক্যাথোড গতিবিদ্যায় সামান্য উন্নতি দেখিয়েছে।WO3 এর পরিবাহিতা উন্নত করতে, ইতিবাচক ইলেক্ট্রোড কার্যকলাপের উপর হ্রাসকৃত টংস্টেন অক্সাইড (W18O49) ব্যবহারের প্রভাব পরীক্ষা করা হয়েছিল38।হাইড্রেটেড টংস্টেন অক্সাইড (HWO) কখনও ভিআরএফবি অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে পরীক্ষা করা হয়নি, যদিও এটি অ্যানহাইড্রাস WOx39,40 এর তুলনায় দ্রুত ক্যাটেশন ডিফিউশনের কারণে সুপারক্যাপাসিটর অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে উচ্চতর কার্যকলাপ দেখিয়েছে।তৃতীয় প্রজন্মের অল-ভ্যানডিয়াম রেডক্স ফ্লো ব্যাটারি ব্যাটারির কর্মক্ষমতা উন্নত করতে এবং ইলেক্ট্রোলাইটে ভ্যানাডিয়াম আয়নগুলির দ্রবণীয়তা এবং স্থায়িত্ব উন্নত করতে HCl এবং H2SO4 দ্বারা গঠিত একটি মিশ্র অ্যাসিড ইলেক্ট্রোলাইট ব্যবহার করে।যাইহোক, পরজীবী ক্লোরিন বিবর্তন প্রতিক্রিয়া তৃতীয় প্রজন্মের অসুবিধাগুলির মধ্যে একটি হয়ে উঠেছে, তাই ক্লোরিন মূল্যায়ন প্রতিক্রিয়া দমন করার উপায় খুঁজে বের করা বেশ কয়েকটি গবেষণা দলের কাজ হয়ে উঠেছে।
এখানে, VO2+/VO2+ প্রতিক্রিয়া পরীক্ষাগুলি কার্বন কাপড়ের ইলেক্ট্রোডে জমা করা HWO/C76 কম্পোজিটগুলিতে করা হয়েছিল যাতে কম্পোজিটগুলির বৈদ্যুতিক পরিবাহিতা এবং ইলেক্ট্রোড পৃষ্ঠের রেডক্স প্রতিক্রিয়া গতিবিদ্যার মধ্যে ভারসাম্য খুঁজে বের করার জন্য পরজীবী ক্লোরিন জমা দমন করা হয়।প্রতিক্রিয়া (KVR)।হাইড্রেটেড টংস্টেন অক্সাইড (HWO) ন্যানো পার্টিকেলগুলি একটি সাধারণ হাইড্রোথার্মাল পদ্ধতি দ্বারা সংশ্লেষিত হয়েছিল।পরীক্ষাগুলি একটি মিশ্র অ্যাসিড ইলেক্ট্রোলাইটে (H2SO4/HCl) করা হয়েছিল সুবিধার জন্য তৃতীয় প্রজন্মের VRFB (G3) অনুকরণ করতে এবং পরজীবী ক্লোরিন বিবর্তন প্রতিক্রিয়া42-এর উপর HWO-এর প্রভাব তদন্ত করার জন্য।
ভ্যানাডিয়াম(IV) সালফেট অক্সাইড হাইড্রেট (VOSO4, 99.9%, আলফা-Aeser), সালফিউরিক অ্যাসিড (H2SO4), হাইড্রোক্লোরিক অ্যাসিড (HCl), ডাইমেথাইলফর্মাইড (DMF, সিগমা-অলড্রিচ), পলিভিনাইলাইডিন ফ্লোরাইড (PVDF, সিগমা-অ্যালড্রিচ), এই গবেষণায় টংস্টেন অক্সাইড ডাইহাইড্রেট (Na2WO4, 99%, Sigma-Aldrich) এবং হাইড্রোফিলিক কার্বন কাপড় ELAT (ফুয়েল সেল স্টোর) ব্যবহার করা হয়েছিল।
হাইড্রেটেড টংস্টেন অক্সাইড (HWO) একটি হাইড্রোথার্মাল বিক্রিয়া দ্বারা প্রস্তুত করা হয়েছিল যাতে একটি বর্ণহীন দ্রবণ না পাওয়া পর্যন্ত 2 গ্রাম Na2WO4 লবণ 12 মিলি HO-তে দ্রবীভূত করা হয়েছিল, এবং তারপর 12 মিলি 2 M HCl ড্রপওয়াইজে যোগ করা হয়েছিল যতক্ষণ না হালকা হলুদ সাসপেনশন পাওয়া যায়। প্রাপ্ত হয়েছিল.সাসপেনশনহাইড্রোথার্মাল বিক্রিয়াটি একটি টেফলন প্রলিপ্ত স্টেইনলেস স্টিল অটোক্লেভে একটি চুলায় 180 ºC তাপমাত্রায় 3 ঘন্টার জন্য করা হয়েছিল।অবশিষ্টাংশগুলি পরিস্রাবণের মাধ্যমে সংগ্রহ করা হয়েছিল, ইথানল এবং জল দিয়ে 3 বার ধুয়ে, একটি চুলায় 70°C তাপমাত্রায় ~3 ঘন্টার জন্য শুকানো হয়েছিল এবং তারপরে একটি নীল-ধূসর HWO পাউডার পাওয়ার জন্য মাটিতে রাখা হয়েছিল।
প্রাপ্ত (অচিকিৎসা না করা) কার্বন কাপড়ের ইলেক্ট্রোডগুলি (সিসিটি) যে আকারে প্রাপ্ত হয়েছিল বা একটি নল চুল্লিতে 450 ডিগ্রি সেলসিয়াসে 10 ঘন্টার জন্য বাতাসে 15 ডিগ্রি সেলসিয়াস/মিনিট গরম করার হারে তাপ চিকিত্সা করা হয়েছিল। চিকিত্সা করা UCC (TCC) পান, s আগের কাজের মতোই 24. UCC এবং TCC প্রায় 1.5 সেমি চওড়া এবং 7 সেমি লম্বা ইলেক্ট্রোডে কাটা হয়েছিল।C76, HWO, HWO-10% C76, HWO-30% C76 এবং HWO-50% C76 এর সাসপেনশনগুলি 20 মিলিগ্রাম সক্রিয় উপাদান পাউডার এবং 10 wt% (~2.22 mg) PVDF বাইন্ডারের ~1 ml যোগ করে প্রস্তুত করা হয়েছিল DMF প্রস্তুত এবং 1 ঘন্টা জন্য sonicated অভিন্নতা উন্নত.তারপর 2 মিলিগ্রাম C76, HWO এবং HWO-C76 কম্পোজিটগুলি UCC সক্রিয় ইলেক্ট্রোড এলাকার আনুমানিক 1.5 cm2 এ প্রয়োগ করা হয়েছিল।সমস্ত অনুঘটক UCC ইলেক্ট্রোডগুলিতে লোড করা হয়েছিল এবং TCC শুধুমাত্র তুলনার উদ্দেশ্যে ব্যবহার করা হয়েছিল, কারণ আমাদের পূর্ববর্তী কাজটি দেখিয়েছে যে তাপ চিকিত্সার প্রয়োজন নেই 24।বৃহত্তর অভিন্নতার জন্য 100 μl সাসপেনশন (লোড 2 মিগ্রা) ব্রাশ করে ইমপ্রেশন সেটলিং অর্জন করা হয়েছিল।তারপরে সমস্ত ইলেক্ট্রোডগুলি একটি ওভেনে রাতারাতি 60 ডিগ্রি সেলসিয়াসে শুকানো হয়েছিল।সঠিক স্টক লোডিং নিশ্চিত করতে ইলেক্ট্রোডগুলি আগে এবং পরে পরিমাপ করা হয়।একটি নির্দিষ্ট জ্যামিতিক এলাকা (~1.5 cm2) পেতে এবং কৈশিক প্রভাবের কারণে ইলেক্ট্রোডগুলিতে ভ্যানাডিয়াম ইলেক্ট্রোলাইটের উত্থান রোধ করার জন্য, সক্রিয় উপাদানের উপর প্যারাফিনের একটি পাতলা স্তর প্রয়োগ করা হয়েছিল।
একটি ক্ষেত্র নির্গমন স্ক্যানিং ইলেক্ট্রন মাইক্রোস্কোপ (FESEM, Zeiss SEM আল্ট্রা 60.5 kV) HWO পৃষ্ঠের রূপবিদ্যা পর্যবেক্ষণ করতে ব্যবহৃত হয়েছিল।Feii8SEM (EDX, Zeiss AG) দিয়ে সজ্জিত শক্তি বিচ্ছুরণকারী এক্স-রে স্পেকট্রোস্কোপি UCC ইলেক্ট্রোডগুলিতে HWO-50%C76 উপাদানগুলিকে ম্যাপ করতে ব্যবহৃত হয়েছিল।একটি উচ্চ রেজোলিউশন ট্রান্সমিশন ইলেক্ট্রন মাইক্রোস্কোপ (HR-TEM, JOEL JEM-2100) 200 kV এর ত্বরণশীল ভোল্টেজে কাজ করে HWO কণার উচ্চ রেজোলিউশনের ছবি এবং ডিফ্র্যাকশন রিংগুলি পেতে ব্যবহৃত হয়েছিল।Crystallographic Tool Box (CrysTBox) সফ্টওয়্যার ব্যবহার করে রিংজিইউআই ফাংশন ব্যবহার করে HWO ডিফ্র্যাকশন রিং বিশ্লেষণ করুন এবং XRD মডেলের সাথে ফলাফলের তুলনা করুন।UCC এবং TCC-এর গঠন এবং গ্রাফিটাইজেশন এক্স-রে ডিফ্র্যাকশন (XRD) দ্বারা 5° থেকে 70° পর্যন্ত 2.4°/মিনিটের স্ক্যান হারে Cu Kα (λ = 1.54060 Å) একটি প্যানালিটিকাল এক্স-রে ডিফ্র্যাক্টোমিটার ব্যবহার করে নির্ধারণ করা হয়েছিল।(মডেল 3600)।XRD স্ফটিক গঠন এবং HWO এর পর্যায়গুলি দেখায়।PANalytical X'Pert HighScore সফ্টওয়্যারটি ডাটাবেস45-এ উপলব্ধ টংস্টেন অক্সাইড মানচিত্রের সাথে HWO চূড়াগুলিকে মেলাতে ব্যবহার করা হয়েছিল৷TEM ফলাফলের সাথে HWO ফলাফলের তুলনা করুন।HWO নমুনার রাসায়নিক গঠন এবং অবস্থা এক্স-রে ফটোইলেক্ট্রন স্পেকট্রোস্কোপি (XPS, ESCALAB 250Xi, ThermoScientific) দ্বারা নির্ধারিত হয়েছিল।CASA-XPS সফ্টওয়্যার (v 2.3.15) পিক ডিকনভোলিউশন এবং ডেটা বিশ্লেষণের জন্য ব্যবহৃত হয়েছিল।ফুরিয়ার ট্রান্সফর্ম ইনফ্রারেড স্পেকট্রোস্কোপি (এফটিআইআর, একটি পারকিন এলমার ক্লাস কেবিআর এফটিআইআর স্পেকট্রোমিটার ব্যবহার করে) পরিমাপ করা হয়েছিল HWO এবং HWO-50% C76 এর পৃষ্ঠের কার্যকরী গ্রুপগুলি নির্ধারণ করতে।XPS ফলাফলের সাথে ফলাফলের তুলনা করুন।যোগাযোগের কোণ পরিমাপ (KRUSS DSA25) এছাড়াও ইলেক্ট্রোডের ভেজাতা চিহ্নিত করতে ব্যবহার করা হয়েছিল।
সমস্ত ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল পরিমাপের জন্য, একটি বায়োলজিক এসপি 300 ওয়ার্কস্টেশন ব্যবহার করা হয়েছিল।সাইক্লিক ভোল্টমেট্রি (CV) এবং ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল ইম্পিডেন্স স্পেকট্রোস্কোপি (EIS) VO2+/VO2+ রেডক্স বিক্রিয়ার ইলেক্ট্রোড গতিবিদ্যা এবং বিক্রিয়ার হারের উপর রিএজেন্ট ডিফিউশন (VOSO4 (VO2+)) এর প্রভাব অধ্যয়ন করতে ব্যবহৃত হয়েছিল।উভয় প্রযুক্তিই 1 M H2SO4 + 1 M HCl (মিশ্র অ্যাসিড) এ দ্রবীভূত 0.1 M VOSO4 (V4+) ইলেক্ট্রোলাইট ঘনত্ব সহ একটি তিন-ইলেকট্রোড কোষ ব্যবহার করে।উপস্থাপিত সমস্ত ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল ডেটা আইআর সংশোধন করা হয়।একটি স্যাচুরেটেড ক্যালোমেল ইলেক্ট্রোড (SCE) এবং একটি প্ল্যাটিনাম (Pt) কয়েল যথাক্রমে রেফারেন্স এবং কাউন্টার ইলেক্ট্রোড হিসাবে ব্যবহৃত হয়েছিল।CV-এর জন্য, 5, 20, এবং 50 mV/s স্ক্যান রেটগুলি VO2+/VO2+-এর SCE-এর তুলনায় একটি সম্ভাব্য উইন্ডোতে (0–1) V প্রয়োগ করা হয়েছিল, তারপর SHE স্কেলে প্লট করার জন্য সংশোধন করা হয়েছিল (VSCE = 0.242) V HSE আপেক্ষিক)।ইলেক্ট্রোড ক্রিয়াকলাপ ধরে রাখার তদন্ত করার জন্য, একটি সিভি রিসাইকেল UCC, TCC, UCC-C76, UCC-HWO এবং UCC-HWO-50% C76 এ ν সমান 5 mV/s এ সঞ্চালিত হয়েছিল।VO2+/VO2+ রেডক্স প্রতিক্রিয়ার জন্য EIS পরিমাপের জন্য, 0.01-105 Hz এর ফ্রিকোয়েন্সি পরিসীমা এবং 10 mV এর একটি ওপেন সার্কিট ভোল্টেজ (OCV) ব্যাঘাত ব্যবহার করা হয়েছিল।ফলাফলের ধারাবাহিকতা নিশ্চিত করতে প্রতিটি পরীক্ষা 2-3 বার পুনরাবৃত্তি করা হয়েছিল।ভিন্নধর্মী হারের ধ্রুবক (k0) নিকলসন পদ্ধতি 46,47 দ্বারা প্রাপ্ত হয়েছিল।
হাইড্রেটেড টংস্টেন অক্সাইড (HVO) সফলভাবে হাইড্রোথার্মাল পদ্ধতি দ্বারা সংশ্লেষিত হয়েছে।ডুমুর মধ্যে SEM ইমেজ.1a দেখায় যে জমা করা HWO 25-50 nm পরিসরে কণার আকার সহ ন্যানো পার্টিকেলগুলির ক্লাস্টার নিয়ে গঠিত।
HWO-এর এক্স-রে ডিফ্র্যাকশন প্যাটার্ন (001) এবং (002) যথাক্রমে ~23.5° এবং ~47.5° এ পিকগুলি দেখায়, যা ননস্টোইচিওমেট্রিক WO2.63 (W32O84) (PDF 077–0810, a = 21.4°) এর বৈশিষ্ট্য। b = 17.8 Å, c = 3.8 Å, α = β = γ = 90°), যা এর আপাত নীল রঙের সাথে মিলে যায় (চিত্র 1b)48,49৷আনুমানিক 20.5°, 27.1°, 28.1°, 30.8°, 35.7°, 36.7° এবং 52.7° অন্যান্য চূড়াগুলো (140), (620), (350), (720), (740), (560)।এবং (970) ডিফ্র্যাকশন প্লেন, যথাক্রমে, 49 অর্থরহম্বিক WO2.63।সোঙ্গারা ইত্যাদি।43 একটি সাদা পণ্য প্রাপ্ত করার জন্য একই সিন্থেটিক পদ্ধতি ব্যবহার করেছিল, যা WO3(H2O)0.333 এর উপস্থিতির জন্য দায়ী করা হয়েছিল।যাইহোক, এই কাজে, বিভিন্ন অবস্থার কারণে, একটি নীল-ধূসর পণ্য পাওয়া গেছে, যা WO3(H2O)0.333 (PDF 087-1203, a = 7.3 Å, b = 12.5 Å, c = 7.7 ) এর সহাবস্থানকে নির্দেশ করে। , α = β = γ = 90°) এবং টংস্টেন অক্সাইডের হ্রাসকৃত রূপ।X'Pert হাইস্কোর সফ্টওয়্যারের সাথে অর্ধ-পরিমাণগত বিশ্লেষণ 26% WO3(H2O)0.333: 74% W32O84 দেখিয়েছে।যেহেতু W32O84-এ W6+ এবং W4+ (1.67:1 W6+:W4+), W6+ এবং W4+ এর আনুমানিক বিষয়বস্তু যথাক্রমে প্রায় 72% W6+ এবং 28% W4+।এসইএম ইমেজ, নিউক্লিয়াস লেভেলে 1-সেকেন্ডের এক্সপিএস স্পেকট্রা, টিইএম ইমেজ, এফটিআইআর স্পেকট্রা এবং C76 কণার রমন স্পেকট্রা আমাদের আগের পেপার 24-এ উপস্থাপিত হয়েছিল।Kawada et al.50,51 অনুসারে, C76-এর এক্স-রে ডিফ্র্যাকশন প্যাটার্ন টলুইন অপসারণের পর FCC-এর মনোক্লিনিক গঠন দেখায়।
ডুমুর মধ্যে SEM ইমেজ.2a এবং b UCC ইলেক্ট্রোডের কার্বন তন্তুগুলির উপর এবং এর মধ্যে HWO এবং HWO-50% C76 এর সফল জমা দেখায়।ডুমুর 2c-এর SEM ছবিতে টংস্টেন, কার্বন এবং অক্সিজেনের প্রাথমিক ম্যাপিং চিত্রে দেখানো হয়েছে।2d–f দেখায় যে টংস্টেন এবং কার্বন ইলেক্ট্রোড পৃষ্ঠের উপর সমানভাবে মিশ্রিত (একটি অনুরূপ বন্টন দেখাচ্ছে) এবং যৌগটি সমানভাবে জমা হয় না।বৃষ্টিপাত পদ্ধতির প্রকৃতির কারণে।
জমা করা HWO কণা (a) এবং HWO-C76 কণা (b) এর SEM চিত্র।EDX ম্যাপিং UCC-তে HWO-C76-এ আপলোড করা চিত্র (c) এর এলাকা ব্যবহার করে নমুনায় টংস্টেন (d), কার্বন (ই), এবং অক্সিজেন (f) এর বন্টন দেখায়।
HR-TEM উচ্চ বিবর্ধন ইমেজিং এবং ক্রিস্টালোগ্রাফিক তথ্যের জন্য ব্যবহৃত হয়েছিল (চিত্র 3)।HWO চিত্র 3a এবং চিত্র 3b তে আরও স্পষ্টভাবে দেখানো হিসাবে ন্যানোকিউব আকারবিদ্যা প্রদর্শন করে।একটি নির্বাচিত অঞ্চলের বিচ্ছুরণের জন্য ন্যানোকিউবকে বিবর্ধিত করে, ব্র্যাগের আইনকে সন্তুষ্ট করে গ্রেটিং কাঠামো এবং বিবর্তন প্লেনগুলি চিত্র 3c-এ দেখানো হিসাবে দৃশ্যমান করা যেতে পারে, যা উপাদানটির স্ফটিকতা নিশ্চিত করে।চিত্র 3c-এর ইনসেটে যথাক্রমে WO3(H2O)0.333 এবং W32O84, 43, 44, 49 ধাপে (022) এবং (620) বিচ্ছুরণ সমতলগুলির সাথে সম্পর্কিত দূরত্ব d 3.3 Å দেখায়।এটি উপরের XRD বিশ্লেষণের (চিত্র 1b) সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ কারণ পর্যবেক্ষণ করা ঝাঁঝরি সমতল দূরত্ব d (চিত্র 3c) HWO নমুনার সবচেয়ে শক্তিশালী XRD শিখরের সাথে মিলে যায়৷নমুনা রিং এছাড়াও ডুমুর দেখানো হয়.3d, যেখানে প্রতিটি রিং একটি পৃথক সমতলের সাথে মিলে যায়।WO3(H2O)0.333 এবং W32O84 প্লেনগুলি যথাক্রমে সাদা এবং নীল রঙের, এবং তাদের সংশ্লিষ্ট XRD শিখরগুলি চিত্র 1b-এও দেখানো হয়েছে।রিং প্যাটার্নে দেখানো প্রথম রিংটি (022) বা (620) ডিফ্রাকশন প্লেনের এক্স-রে প্যাটার্নে প্রথম চিহ্নিত শিখরের সাথে মিলে যায়।(022) থেকে (402) রিং, 3.30, 3.17, 2.38, 1.93 এবং 1.69 Å-এর d-দূরত্ব পাওয়া গেছে, যা 3.30, 3.17, 2.45, 1.963 এবং .1.এর XRD মানের সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ।Å, 44, 45, যথাক্রমে।
(a) HWO-এর HR-TEM চিত্র, (b) একটি বর্ধিত চিত্র দেখায়।গ্রেটিং প্লেনের চিত্রগুলি (c) এ দেখানো হয়েছে এবং ইনসেট (c) সমতলগুলির একটি বর্ধিত চিত্র এবং (002) এবং (620) সমতলগুলির সাথে সম্পর্কিত 0.33 এনএম ব্যবধান দেখায়।(d) HWO রিং প্যাটার্ন WO3(H2O)0.333 (সাদা) এবং W32O84 (নীল) পর্যায়গুলির সাথে যুক্ত প্লেনগুলিকে দেখায়।
টাংস্টেনের পৃষ্ঠের রসায়ন এবং অক্সিডেশন অবস্থা নির্ধারণ করতে XPS বিশ্লেষণ করা হয়েছিল (চিত্র S1 এবং 4)।সংশ্লেষিত HWO-এর বিস্তৃত-পরিসরের XPS স্ক্যানের বর্ণালী চিত্রে দেখানো হয়েছে।S1, টাংস্টেনের উপস্থিতি নির্দেশ করে।প্রধান W 4f এবং O 1s স্তরের XPS সংকীর্ণ-স্ক্যান স্পেকট্রা চিত্রে দেখানো হয়েছে।4a এবং b, যথাক্রমে।W 4f বর্ণালী দুটি স্পিন-অরবিট ডাবলটে বিভক্ত হয় যা W অক্সিডেশন অবস্থার বাঁধাই শক্তির সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ। 37.8 এবং 35.6 eV এর বাইন্ডিং শক্তিতে W 4f5/2 এবং W 4f7/2 শিখরগুলি W6+ এর অন্তর্গত, এবং W 4f5/2 এবং W 4f7/2 শিখরগুলি W6+ এর অন্তর্গত। 4f5/2 এবং W 4f7/2 36.6 এবং 34.9 eV যথাক্রমে W4+ অবস্থার বৈশিষ্ট্য।অক্সিডেশন অবস্থার (W4+) উপস্থিতি আরও নন-স্টোইচিওমেট্রিক WO2.63 গঠনের বিষয়টি নিশ্চিত করে, যখন W6+-এর উপস্থিতি WO3(H2O)0.333-এর কারণে স্টোকিওমেট্রিক WO3 নির্দেশ করে।লাগানো ডেটা দেখায় যে W6+ এবং W4+-এর পারমাণবিক শতাংশ যথাক্রমে 85% এবং 15% ছিল, যা দুটি প্রযুক্তির মধ্যে পার্থক্যের কারণে XRD ডেটা থেকে অনুমান করা মানের তুলনায় তুলনামূলকভাবে কাছাকাছি ছিল।উভয় পদ্ধতিই কম নির্ভুলতার সাথে পরিমাণগত তথ্য প্রদান করে, বিশেষ করে XRD।উপরন্তু, দুটি পদ্ধতি উপাদানের বিভিন্ন অংশ বিশ্লেষণ করে কারণ XRD হল একটি বাল্ক পদ্ধতি যখন XPS হল একটি সারফেস মেথড যা শুধুমাত্র কয়েক ন্যানোমিটারের কাছে যায়।O 1s বর্ণালী 533 (22.2%) এবং 530.4 eV (77.8%) এ দুটি শিখরে বিভক্ত হয়।প্রথমটি OH এর সাথে এবং দ্বিতীয়টি WO এর জালিতে অক্সিজেন বন্ধনের সাথে মিলে যায়।OH ফাংশনাল গ্রুপের উপস্থিতি HWO এর হাইড্রেশন বৈশিষ্ট্যের সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ।
হাইড্রেটেড HWO কাঠামোতে কার্যকরী গোষ্ঠী এবং সমন্বিত জলের অণুগুলির উপস্থিতি পরীক্ষা করার জন্য এই দুটি নমুনার উপর একটি FTIR বিশ্লেষণও করা হয়েছিল।ফলাফলগুলি দেখায় যে HWO-50% C76 নমুনা এবং FT-IR HWO ফলাফলগুলি HWO-এর উপস্থিতির কারণে একই দেখায়, তবে বিশ্লেষণের প্রস্তুতির সময় ব্যবহৃত বিভিন্ন পরিমাণ নমুনার কারণে শিখরগুলির তীব্রতা ভিন্ন হয় (চিত্র 5a) )HWO-50% C76 টাংস্টেন অক্সাইড পিক ব্যতীত সমস্ত ফুলেরিন 24 শিখর দেখানো হয়েছে।ডুমুর বিস্তারিত.5a দেখায় যে উভয় নমুনাই ~710/সেমিতে একটি খুব শক্তিশালী ব্রড ব্যান্ড প্রদর্শন করে, যা HWO জালির কাঠামোতে OWO প্রসারিত কম্পনের জন্য দায়ী, এবং ~840/cm এ একটি শক্তিশালী কাঁধ, WO কে দায়ী করা হয়েছে।~1610/cm-এর তীক্ষ্ণ ব্যান্ড OH-এর বাঁকানো কম্পনের সাথে সম্পর্কিত, এবং ~3400/cm-এ বিস্তৃত শোষণ ব্যান্ড হাইড্রক্সিল গ্রুপ43-এ OH-এর প্রসারিত কম্পনের সাথে সম্পর্কিত।এই ফলাফলগুলি চিত্র 4b-এর XPS স্পেকট্রামের সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ, যেখানে WO কার্যকরী গ্রুপ VO2+/VO2+ প্রতিক্রিয়ার জন্য সক্রিয় সাইট প্রদান করতে পারে।
HWO এবং HWO-50% C76 (a) এর FTIR বিশ্লেষণ কার্যকরী গোষ্ঠী এবং যোগাযোগের কোণ পরিমাপ (b, c) দেখাচ্ছে।
OH গ্রুপ VO2+/VO2+ বিক্রিয়াকেও অনুঘটক করতে পারে, যার ফলে ইলেক্ট্রোডের হাইড্রোফিলিসিটি বৃদ্ধি পায়, যার ফলে ডিফিউশন এবং ইলেক্ট্রন স্থানান্তর হার প্রচার করে।HWO-50% C76 নমুনা চিত্রে দেখানো হিসাবে একটি অতিরিক্ত C76 শিখর দেখায়।~2905, 2375, 1705, 1607, এবং 1445 cm3 এর শিখরগুলি যথাক্রমে CH, O=C=O, C=O, C=C এবং CO প্রসারিত কম্পনের জন্য নির্ধারিত হতে পারে।এটা সুপরিচিত যে অক্সিজেন কার্যকরী গ্রুপ C=O এবং CO ভ্যানাডিয়ামের রেডক্স প্রতিক্রিয়ার জন্য সক্রিয় কেন্দ্র হিসাবে কাজ করতে পারে।দুটি ইলেক্ট্রোডের ভেজাতা পরীক্ষা এবং তুলনা করার জন্য, চিত্র 5b, c-এ দেখানো হিসাবে যোগাযোগের কোণ পরিমাপ ব্যবহার করা হয়েছিল।HWO ইলেক্ট্রোড অবিলম্বে জল ফোঁটা শোষণ করে, উপলব্ধ OH কার্যকরী গ্রুপের কারণে সুপারহাইড্রোফিলিসিটি নির্দেশ করে।HWO-50% C76 আরও হাইড্রোফোবিক, 10 সেকেন্ড পরে যোগাযোগের কোণ প্রায় 135°।যাইহোক, ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল পরিমাপে, HWO-50% C76 ইলেক্ট্রোড এক মিনিটেরও কম সময়ের মধ্যে সম্পূর্ণ ভেজা হয়ে গিয়েছিল।আর্দ্রতা পরিমাপগুলি XPS এবং FTIR ফলাফলের সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ, পরামর্শ দেয় যে HWO পৃষ্ঠের আরও ওএইচ গ্রুপগুলি এটিকে তুলনামূলকভাবে আরও হাইড্রোফিলিক করে তোলে।
HWO এবং HWO-C76 ন্যানোকম্পোজিটগুলির VO2+/VO2+ প্রতিক্রিয়াগুলি পরীক্ষা করা হয়েছিল এবং আশা করা হয়েছিল যে HWO মিশ্র অ্যাসিডগুলিতে VO2+/VO2+ প্রতিক্রিয়ার সময় ঘটে যাওয়া ক্লোরিন গ্যাসের বিবর্তনকে দমন করবে, যখন C76 আরও পছন্দসই VO2+/ VO2 কে অনুঘটক করবে।10%, 30% এবং 50% C76 সমন্বিত HWO সাসপেনশনগুলি UCC ইলেক্ট্রোডগুলিতে প্রয়োগ করা হয়েছিল যার মোট লোড প্রায় 2 mg/cm2।
ডুমুর হিসাবে দেখানো হয়েছে.6, ইলেক্ট্রোড পৃষ্ঠে VO2+/VO2+ প্রতিক্রিয়ার গতিবিদ্যা মিশ্র অ্যাসিডিক ইলেক্ট্রোলাইটে CV ব্যবহার করে পরীক্ষা করা হয়েছিল।ΔEp এবং Ipa/Ipc-এর তুলনা করার সুবিধার্থে কারেন্টগুলিকে I/Ipa হিসাবে দেখানো হয়েছে।চিত্র থেকে সরাসরি বিভিন্ন অনুঘটক পাওয়া যায়।বর্তমান এলাকা ইউনিট ডেটা চিত্র 2S এ দেখানো হয়েছে।ডুমুর উপর.চিত্র 6a দেখায় যে HWO ইলেক্ট্রোড পৃষ্ঠে VO2+/VO2+ রেডক্স বিক্রিয়ার ইলেক্ট্রন স্থানান্তর হারকে সামান্য বাড়িয়ে দেয় এবং পরজীবী ক্লোরিন বিবর্তনের প্রতিক্রিয়াকে দমন করে।যাইহোক, C76 উল্লেখযোগ্যভাবে ইলেক্ট্রন স্থানান্তর হার বৃদ্ধি করে এবং ক্লোরিন বিবর্তন প্রতিক্রিয়াকে অনুঘটক করে।অতএব, HWO এবং C76 এর সঠিক রচনা সহ একটি কমপ্লেক্সের সর্বোত্তম কার্যকলাপ এবং ক্লোরিন প্রতিক্রিয়া বাধা দেওয়ার সর্বোচ্চ ক্ষমতা থাকা উচিত।এটি পাওয়া গেছে যে C76 বিষয়বস্তু বৃদ্ধির পরে, ইলেক্ট্রোডের ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল কার্যকলাপ উন্নত হয়েছে, যেমন ΔEp হ্রাস এবং Ipa/Ipc অনুপাত (টেবিল S3) বৃদ্ধি দ্বারা প্রমাণিত হয়েছে।এটি চিত্র 6d (টেবিল S3) তে Nyquist প্লট থেকে আহরিত RCT মান দ্বারাও নিশ্চিত করা হয়েছে, যেখানে এটি পাওয়া গেছে যে C76 এর ক্রমবর্ধমান সামগ্রীর সাথে RCT মানগুলি হ্রাস পেয়েছে।এই ফলাফলগুলি লির গবেষণার সাথেও সামঞ্জস্যপূর্ণ যেখানে মেসোপোরাস WO3-তে মেসোপোরাস কার্বন যোগ করা VO2+/VO2+35-এ চার্জ স্থানান্তর গতিবিদ্যাকে উন্নত করেছে।এটি পরামর্শ দেয় যে একটি ইতিবাচক প্রতিক্রিয়া ইলেক্ট্রোডের পরিবাহিতা (C=C বন্ড) 18,24,35,36,37 এর উপর বেশি নির্ভর করতে পারে।[VO(H2O)5]2+ এবং [VO2(H2O)4]+ এর মধ্যে সমন্বয় জ্যামিতির পরিবর্তনের কারণে, C76 টিস্যু শক্তি হ্রাস করে প্রতিক্রিয়া ওভারস্ট্রেন কমাতে পারে।যাইহোক, এটি HWO ইলেক্ট্রোডের সাথে সম্ভব নাও হতে পারে।
(a) 0.1 M VOSO4/1 M H2SO4 + 1 M HCl ইলেক্ট্রোলাইটে (ν = 5 mV/s এ) VO2+/VO2+ বিক্রিয়ায় বিভিন্ন HWO:C76 অনুপাত সহ UCC এবং HWO-C76 যৌগের চক্রীয় ভোল্টমেট্রিক আচরণ।(b) Randles-Sevchik এবং (c) নিকলসনের VO2+/VO2+ পদ্ধতি প্রসারণ দক্ষতা অনুমান করার জন্য এবং k0 মান প্রাপ্তির জন্য (d)।
HWO-50% C76 VO2+/VO2+ প্রতিক্রিয়ার জন্য C76-এর মতো প্রায় একই ইলেক্ট্রোক্যাটালিটিক কার্যকলাপ প্রদর্শন করছে না, বরং আরও মজার বিষয় হল, এটি C76-এর তুলনায় ক্লোরিন গ্যাসের বিবর্তনকে দমন করেছে, যেমন চিত্রে দেখানো হয়েছে।6a, ডুমুরে ছোট অর্ধবৃত্ত দেখানোর পাশাপাশি।6g (নিম্ন RCT)।C76 HWO-50% C76 (টেবিল S3) এর চেয়ে উচ্চতর আপাত Ipa/Ipc দেখিয়েছে, উন্নত প্রতিক্রিয়ার বিপরীততার কারণে নয়, কিন্তু SHE এর তুলনায় 1.2 V-এ ক্লোরিন হ্রাসের শীর্ষের সাথে ওভারল্যাপের কারণে।HWO-50% C76-এর সর্বোত্তম কর্মক্ষমতা নেতিবাচকভাবে চার্জ করা উচ্চ পরিবাহী C76 এবং HWO-তে W-OH-এর উচ্চ ভেজাতা এবং অনুঘটক কার্যকারিতার মধ্যে সমন্বয়ের জন্য দায়ী করা হয়।যদিও কম ক্লোরিন নির্গমন সম্পূর্ণ কোষের চার্জিং দক্ষতা উন্নত করবে, উন্নত গতিবিদ্যা পূর্ণ কোষের ভোল্টেজের কার্যকারিতা বাড়াবে।
S1 সমীকরণ অনুসারে, প্রসারণ দ্বারা নিয়ন্ত্রিত একটি আধা-বিপরীত (তুলনামূলকভাবে ধীর ইলেকট্রন স্থানান্তর) বিক্রিয়ার জন্য, সর্বোচ্চ কারেন্ট (IP) নির্ভর করে ইলেকট্রনের সংখ্যা (n), ইলেক্ট্রোড এলাকা (A), প্রসারণ সহগ (D), সংখ্যার উপর। ইলেকট্রন স্থানান্তর সহগ (α) এবং স্ক্যানিং গতি (ν)।পরীক্ষিত উপকরণের প্রসারণ নিয়ন্ত্রিত আচরণ অধ্যয়ন করার জন্য, আইপি এবং ν1/2-এর মধ্যে সম্পর্ক প্লট করা হয়েছিল এবং চিত্র 6বি-তে দেখানো হয়েছে।যেহেতু সমস্ত উপাদান একটি রৈখিক সম্পর্ক দেখায়, প্রতিক্রিয়াটি প্রসারণ দ্বারা নিয়ন্ত্রিত হয়।যেহেতু VO2+/VO2+ বিক্রিয়াটি অর্ধ-উল্টানো যায়, তাই রেখার ঢাল নির্ভর করে ডিফিউশন সহগ এবং α (সমীকরণ S1) এর মানের উপর।ধ্রুবক ডিফিউশন সহগ (≈ 4 × 10–6 cm2/s)52 এর কারণে, লাইন ঢালের পার্থক্য সরাসরি α এর বিভিন্ন মান নির্দেশ করে এবং তাই C76 এবং HWO -50 সহ ইলেক্ট্রোড পৃষ্ঠে ইলেকট্রন স্থানান্তরের বিভিন্ন হার নির্দেশ করে % C76, সবচেয়ে খাড়া ঢাল (সর্বোচ্চ ইলেক্ট্রন স্থানান্তর হার) প্রদর্শন করে।
সারণি S3 (চিত্র 6d) তে দেখানো গণনাকৃত কম-ফ্রিকোয়েন্সি ওয়ারবার্গ ঢাল (W) এর মান 1 এর কাছাকাছি সব উপকরণের জন্য, যা রেডক্স কণার নিখুঁত বিস্তার নির্দেশ করে এবং CV-এর জন্য IP বনাম ν1/2 এর লিনিয়ার আচরণ নিশ্চিত করে।পরিমাপHWO-50% C76-এর জন্য, ওয়ারবার্গ ঢাল একতা থেকে 1.32-এ বিচ্যুত হয়, যা শুধুমাত্র বিক্রিয়কগুলির আধা-অসীম প্রসারণ (VO2+) থেকে নয়, ইলেক্ট্রোড পোরোসিটির কারণে ডিফিউশন আচরণে সম্ভবত পাতলা-স্তর আচরণের পরামর্শ দেয়।
VO2+/VO2+ রেডক্স বিক্রিয়ার প্রত্যাবর্তনযোগ্যতা (ইলেক্ট্রন স্থানান্তর হার) আরও বিশ্লেষণ করার জন্য, নিকলসন আধা-বিপর্যস্ত প্রতিক্রিয়া পদ্ধতিটিও স্ট্যান্ডার্ড রেট কনস্ট্যান্ট k041.42 নির্ধারণ করতে ব্যবহার করা হয়েছিল।এটি S2 সমীকরণ ব্যবহার করে ν−1/2 এর একটি ফাংশন হিসাবে ΔEp-এর একটি ফাংশন হিসাবে Ψ মাত্রাবিহীন গতিগত প্যারামিটার প্লট করে করা হয়।টেবিল S4 প্রতিটি ইলেক্ট্রোড উপাদানের জন্য ফলস্বরূপ Ψ মান দেখায়।প্রতিটি প্লটের ঢালের জন্য সমীকরণ S3 ব্যবহার করে k0 × 104 cm/s (প্রতিটি সারির পাশে লেখা এবং সারণি S4 এ উপস্থাপিত) পেতে ফলাফলগুলি (চিত্র 6c) প্লট করুন।HWO-50% C76-এর সর্বোচ্চ ঢাল পাওয়া গেছে (চিত্র 6c) এবং তাই সর্বোচ্চ k0 মান 2.47 × 10–4 সেমি/সেকেন্ড।এর মানে হল যে এই ইলেক্ট্রোডটি চিত্র 6a এবং d এবং টেবিল S3-এ CV এবং EIS ফলাফলের সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ দ্রুততম গতিবিদ্যা প্রদান করে।এছাড়াও, RCT মান (টেবিল S3) ব্যবহার করে সমীকরণ S4 এর Nyquist প্লট (চিত্র 6d) থেকে k0 মানগুলিও প্রাপ্ত হয়েছিল।EIS-এর এই k0 ফলাফলগুলি সারণি S4 এ সংক্ষিপ্ত করা হয়েছে এবং এটিও দেখায় যে HWO-50% C76 সিনারজিস্টিক প্রভাবের কারণে সর্বোচ্চ ইলেক্ট্রন স্থানান্তর হার প্রদর্শন করে।প্রতিটি পদ্ধতির ভিন্ন ভিন্ন উৎপত্তির কারণে k0-এর মান ভিন্ন হলেও, এটি এখনও একই মাত্রার ক্রম দেখায় এবং ধারাবাহিকতা দেখায়।
অর্জন করা যায় এমন চমৎকার গতিবিদ্যাকে সম্পূর্ণরূপে বোঝার জন্য, সর্বোত্তম ইলেক্ট্রোড উপাদানটিকে আনইনসুলেটেড UCC এবং TCC ইলেক্ট্রোডের সাথে তুলনা করা গুরুত্বপূর্ণ।VO2+/VO2+ প্রতিক্রিয়ার জন্য, HWO-C76 শুধুমাত্র সর্বনিম্ন ΔEp এবং আরও ভাল বিপরীততা দেখায়নি, তবে TCC-এর তুলনায় পরজীবী ক্লোরিন বিবর্তন প্রতিক্রিয়াকে উল্লেখযোগ্যভাবে দমন করেছে, যেমন OHA (চিত্র 1) দেখার তুলনায় 1.45 V এ উল্লেখযোগ্য বর্তমান ড্রপ দ্বারা নির্দেশিত হয়েছে। 7a)।স্থিতিশীলতার পরিপ্রেক্ষিতে, আমরা ধরে নিয়েছি যে HWO-50% C76 শারীরিকভাবে স্থিতিশীল কারণ অনুঘটকটিকে একটি PVDF বাইন্ডারের সাথে মিশ্রিত করা হয়েছিল এবং তারপরে কার্বন কাপড়ের ইলেক্ট্রোডগুলিতে প্রয়োগ করা হয়েছিল।UCC-এর জন্য 50 mV-এর তুলনায়, HWO-50% C76 150 চক্রের পরে 44 mV-এর সর্বোচ্চ স্থানান্তর দেখায় (অবচন হার 0.29 mV/চক্র) (চিত্র 7b)।এটি একটি বড় পার্থক্য নাও হতে পারে, তবে UCC ইলেক্ট্রোডের গতিবিদ্যা খুব ধীর এবং সাইকেল চালানোর সাথে হ্রাস পায়, বিশেষ করে পিছনের প্রতিক্রিয়ার জন্য।যদিও TCC-এর বিপরীতমুখীতা UCC-এর তুলনায় অনেক ভালো, TCC-এর 150 চক্রের পরে 73 mV-এর একটি বড় পিক শিফট পাওয়া গেছে, যা এর পৃষ্ঠ থেকে প্রচুর পরিমাণে ক্লোরিন নির্গত হওয়ার কারণে হতে পারে।অনুঘটকটি ইলেক্ট্রোড পৃষ্ঠের সাথে ভালভাবে মেনে চলে তা নিশ্চিত করতে।পরীক্ষা করা সমস্ত ইলেক্ট্রোডগুলিতে দেখা যায়, এমনকি সমর্থিত অনুঘটক ছাড়াই সাইক্লিং অস্থিরতার বিভিন্ন ডিগ্রী প্রদর্শন করে, পরামর্শ দেয় যে সাইকেল চালানোর সময় শিখর বিচ্ছেদের পরিবর্তনগুলি অনুঘটক পৃথকীকরণের পরিবর্তে রাসায়নিক পরিবর্তনের কারণে উপাদান নিষ্ক্রিয়তার কারণে হয়।এছাড়াও, যদি ইলেক্ট্রোড পৃষ্ঠ থেকে প্রচুর পরিমাণে অনুঘটক কণা আলাদা করা হয়, তাহলে এটি পিক সেপারেশনে উল্লেখযোগ্য বৃদ্ধি ঘটাবে (কেবল 44 mV নয়), যেহেতু সাবস্ট্রেট (UCC) VO2+/VO2+ এর জন্য অপেক্ষাকৃত নিষ্ক্রিয়। রেডক্স প্রতিক্রিয়া.
সিভি (a) এর তুলনা এবং CCC এর ক্ষেত্রে সর্বোত্তম ইলেক্ট্রোড উপাদানের রেডক্স প্রতিক্রিয়া VO2+/VO2+ (b) এর স্থায়িত্ব।ইলেক্ট্রোলাইট 0.1 M VOSO4/1 M H2SO4 + 1 M HCl, সমস্ত CV ν = 5 mV/s সমান।
VRFB প্রযুক্তির অর্থনৈতিক আকর্ষণ বাড়াতে, উচ্চ শক্তি দক্ষতা অর্জনের জন্য ভ্যানাডিয়াম রেডক্স প্রতিক্রিয়ার গতিবিদ্যার উন্নতি এবং বোঝা অপরিহার্য।কম্পোজিট HWO-C76 প্রস্তুত করা হয়েছিল এবং VO2+/VO2+ প্রতিক্রিয়ার উপর তাদের ইলেক্ট্রোক্যাটালিটিক প্রভাব অধ্যয়ন করা হয়েছিল।HWO সামান্য গতিশীল বর্ধন দেখিয়েছে কিন্তু মিশ্র অম্লীয় ইলেক্ট্রোলাইটে ক্লোরিন বিবর্তনকে উল্লেখযোগ্যভাবে দমন করেছে।HWO-ভিত্তিক ইলেক্ট্রোডের গতিবিদ্যাকে আরও অপ্টিমাইজ করতে HWO:C76 এর বিভিন্ন অনুপাত ব্যবহার করা হয়েছিল।HWO-তে C76-এর বিষয়বস্তু বাড়ানোর ফলে পরিবর্তিত ইলেক্ট্রোডে VO2+/VO2+ বিক্রিয়ার ইলেক্ট্রন স্থানান্তর গতিবিদ্যা উন্নত হতে পারে, যার মধ্যে HWO-50% C76 হল সর্বোত্তম উপাদান কারণ এটি চার্জ স্থানান্তর প্রতিরোধ ক্ষমতা কমায় এবং ক্লোরিন গ্যাসের বিবর্তনকে আরও দমন করে। C76.এবং TCC মুক্তি পায়।এটি C=C sp2 হাইব্রিডাইজেশন, OH এবং W-OH কার্যকরী গোষ্ঠীর মধ্যে সিনারজিস্টিক প্রভাবের কারণে হয়েছিল।একাধিক সাইক্লিংয়ের অধীনে HWO-50% C76-এর অবক্ষয়ের হার 0.29mV/সাইকেল পাওয়া গেছে যেখানে UCC এবং TCC যথাক্রমে 0.33mV/সাইকেল এবং 0.49mV/সাইকেল, এটি মিশ্র অ্যাসিড ইলেক্ট্রোলাইটে খুব স্থিতিশীল করে তোলে।উপস্থাপিত ফলাফলগুলি দ্রুত গতিবিদ্যা এবং উচ্চ স্থিতিশীলতার সাথে VO2+/VO2+ প্রতিক্রিয়ার জন্য উচ্চ কার্যকারিতা ইলেক্ট্রোড উপাদানগুলিকে সফলভাবে সনাক্ত করে।এটি আউটপুট ভোল্টেজ বৃদ্ধি করবে, যার ফলে VRFB এর শক্তি দক্ষতা উন্নত হবে, যার ফলে এর ভবিষ্যতের বাণিজ্যিকীকরণের খরচ কমবে।
বর্তমান গবেষণায় ব্যবহৃত এবং/অথবা বিশ্লেষণ করা ডেটাসেটগুলি যুক্তিসঙ্গত অনুরোধের ভিত্তিতে সংশ্লিষ্ট লেখকদের কাছ থেকে পাওয়া যায়।
লুডেরার জি এট আল।গ্লোবাল লো-কার্বন এনার্জি পরিস্থিতিতে বায়ু এবং সৌর শক্তি অনুমান করা: একটি ভূমিকা।শক্তি অর্থনীতি।64, 542-551।https://doi.org/10.1016/j.eneco.2017.03.027 (2017)।
লি, এইচজে, পার্ক, এস. এবং কিম, এইচ. ভ্যানডিয়াম ম্যাঙ্গানিজ রেডক্স ফ্লো ব্যাটারির কর্মক্ষমতার উপর MnO2 জমার প্রভাবের বিশ্লেষণ।J. ইলেক্ট্রোকেমিস্ট্রি।সমাজ165(5), A952-A956।https://doi.org/10.1149/2.0881805jes (2018)।
শাহ, এএ, টাঙ্গিরালা, আর., সিং, আর., উইলস, আরজিএ এবং ওয়ালশ, একটি অল-ভ্যানডিয়াম রেডক্স ফ্লো ব্যাটারির জন্য FK ডায়নামিক ইউনিট সেল মডেল।J. ইলেক্ট্রোকেমিস্ট্রি।সমাজ158(6), A671।https://doi.org/10.1149/1.3561426 (2011)।
Gandomi, YA, Aaron, DS, Zawodzinski, TA, এবং Mench, MM একটি অল-ভ্যানডিয়াম রেডক্স ফ্লো ব্যাটারির জন্য ইন-সিটু সম্ভাব্য বন্টন পরিমাপ এবং যাচাইকরণ মডেল।J. ইলেক্ট্রোকেমিস্ট্রি।সমাজ163(1), A5188-A5201।https://doi.org/10.1149/2.0211601jes (2016)।
Tsushima, S. এবং Suzuki, T. ইলেক্ট্রোড গঠন অপ্টিমাইজ করার জন্য একটি ইন্টারডিজিটেটেড ফ্লাক্স ফিল্ড সহ একটি ভ্যানাডিয়াম রেডক্স ব্যাটারির মডেলিং এবং সিমুলেশন।J. ইলেক্ট্রোকেমিস্ট্রি।সমাজ167(2), 020553। https://doi.org/10.1149/1945-7111/ab6dd0 (2020)।
সান, বি. এবং স্কিলাস-কাজাকোস, এম. ভ্যানডিয়াম রেডক্স ব্যাটারিতে প্রয়োগের জন্য গ্রাফাইট ইলেকট্রোড সামগ্রীর পরিবর্তন - I. তাপ চিকিত্সা।ইলেক্ট্রোকেমিস্ট্রিঅ্যাক্টা 37(7), 1253-1260।https://doi.org/10.1016/0013-4686(92)85064-R (1992)।
লিউ, টি., লি, এস., ঝাং, এইচ., এবং চেন, জে. ভ্যানডিয়াম ফ্লো ব্যাটারিতে (ভিএফবি) শক্তির ঘনত্ব উন্নত করতে ইলেক্ট্রোড সামগ্রীতে অগ্রগতি।জে এনার্জি কেমিস্ট্রি।27(5), 1292-1303।https://doi.org/10.1016/j.jechem.2018.07.003 (2018)।
লিউ, কিউএইচ এট আল।অপ্টিমাইজড ইলেক্ট্রোড কনফিগারেশন এবং মেমব্রেন নির্বাচন সহ উচ্চ দক্ষতা ভ্যানাডিয়াম রেডক্স ফ্লো সেল।J. ইলেক্ট্রোকেমিস্ট্রি।সমাজ159(8), A1246-A1252।https://doi.org/10.1149/2.051208jes (2012)।
Wei, G., Jia, K., Liu, J., এবং Yang, K. কার্বন সহ কম্পোজিট কার্বন ন্যানোটিউব অনুঘটক ইলেক্ট্রোড ভ্যানাডিয়াম রেডক্স ব্যাটারি অ্যাপ্লিকেশনের জন্য সমর্থন অনুভব করে।জে. পাওয়ার সাপ্লাই।220, 185-192।https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2012.07.081 (2012)।
মুন, এস., কওন, বিভি, চ্যাং, ওয়াই. এবং কোওন, ওয়াই. ভ্যানডিয়াম রেডক্স ফ্লো ব্যাটারির কার্যক্ষমতার উপর অ্যাসিডিফাইড সিএনটিগুলিতে জমা হওয়া বিসমাথ সালফেটের প্রভাব।J. ইলেক্ট্রোকেমিস্ট্রি।সমাজ166(12), A2602।https://doi.org/10.1149/2.1181912jes (2019)।
হুয়াং, আর.-এইচ.অপেক্ষা করুনভ্যানডিয়াম রেডক্স ফ্লো ব্যাটারির জন্য প্ল্যাটিনাম/মাল্টি-ওয়াল কার্বন ন্যানোটিউব দিয়ে পরিবর্তিত সক্রিয় ইলেক্ট্রোড।J. ইলেক্ট্রোকেমিস্ট্রি।সমাজ159(10), A1579।https://doi.org/10.1149/2.003210jes (2012)।
কিন্তু, এস. এট আল.ভ্যানাডিয়াম রেডক্স ফ্লো ব্যাটারি অর্গানোমেটালিক স্ক্যাফোল্ড থেকে প্রাপ্ত নাইট্রোজেন-ডোপড কার্বন ন্যানোটিউব দিয়ে সজ্জিত ইলেক্ট্রোক্যাটালিস্ট ব্যবহার করে।J. ইলেক্ট্রোকেমিস্ট্রি।সমাজ165(7), A1388।https://doi.org/10.1149/2.0621807jes (2018)।
খান, পি. এট আল।ভ্যানাডিয়াম রেডক্স ফ্লো ব্যাটারির জন্য VO2+/ এবং V2+/V3+ রেডক্স দম্পতিগুলির জন্য গ্রাফিন অক্সাইড ন্যানোশিটগুলি চমৎকার বৈদ্যুতিক রাসায়নিকভাবে সক্রিয় উপাদান হিসাবে।কার্বন 49(2), 693–700।https://doi.org/10.1016/j.carbon.2010.10.022 (2011)।
গঞ্জালেজ, জেড এবং অন্যান্য।ভ্যানাডিয়াম রেডক্স ব্যাটারির জন্য অনুভূত গ্রাফিন-পরিবর্তিত গ্রাফাইটের চমৎকার বৈদ্যুতিক রাসায়নিক কর্মক্ষমতা।জে. পাওয়ার সাপ্লাই।338, 155-162।https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2016.10.069 (2017)।
গনজালেজ জেড., ভিজিরিয়ানু এস., ডিনেস্কু জি., ব্ল্যাঙ্কো এস. এবং সান্তামারিয়া আর. কার্বন ন্যানোওয়াল ফিল্মগুলি ভ্যানাডিয়াম রেডক্স ফ্লো ব্যাটারিতে ন্যানোস্ট্রাকচার্ড ইলেক্ট্রোড উপাদান হিসাবে।ন্যানো এনার্জি 1(6), 833–839।https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2012.07.003 (2012)।
Opar DO, Nankya R., Lee J., এবং Yung H. ত্রিমাত্রিক গ্রাফিন-সংশোধিত মেসোপোরাস কার্বন উচ্চ-কার্যকারিতা ভ্যানাডিয়াম রেডক্স ফ্লো ব্যাটারির জন্য অনুভূত হয়।ইলেক্ট্রোকেমিস্ট্রিআইন 330, 135276। https://doi.org/10.1016/j.electacta.2019.135276 (2020)।