Enhancing Catalytic Activity and Stability of Carbon-Based Electrodes for Vanadium Redox Flow Batteries

الموضوعات

علوم تطبيقية وتكنولوجية

الملخص

Vanadium Redox Flow Batteries (VRFBs) show potential for storing renewable energy, but their inefficiency hinders their broad adoption in energy utilization. This obstacle arises from the insufficient catalytic performance of traditional carbon-based electrodes. Graphite felt (GF) is extensively utilized as an electrode in VRFBs. Nevertheless, its poor reversibility and low electrochemical activity limit its widespread adoption in large-scale VRFB applications. Our research uses novel, eco-friendly approaches to enhance VRFB electrode performance. In the initial method, cost-effective and highly conductive carbon black (CB) is integrated as a catalyst onto the graphite felt using a deposition technique facilitated by the binder polymer poly (acrylic acid) (PAA). Subsequently, a high-temperature thermal treatment is applied to activate the felt and degrade the PAA binder, thereby diminishing ohmic resistance. In a secondary strategy, we investigate sustainability and recycling by employing discarded cloth, particularly unused cotton fabric, as electrodes for VRFBs. Biomass-derived carbonized wasted cloth (CWC) electrodes are produced via a straightforward carbonization procedure, eliminating the necessity for post-activation typically required with commercial graphite felts. Characterization of these electrodes reveals significant inter-fiber linkages, thereby decreasing ohmic resistance and improving charge transfer. Galvanostatic charge-discharge profiles reveal a notable enhancement in energy efficiencies, ranging from 10-15% higher compared to thermally treated felts for both carbon-coated felt (CBGF) and carbonized wasted cloth (CWC) electrodes. There are no signs of degradation after sixty cycles for either material. This significant improvement in energy efficiency signifies a promising advancement in VRFB technology, showcasing its potential for large-scale applications and contributing to enhanced sustainability in energy storage systems.

روابط وملفات

التعريف والنوع

رقم الوثيقة

00968972-9b4e-4302-939a-df2f09696f62

رقم العقد

0

نوع الوسائط

Crawler

نوع المحتوى

الرسائل العلمية

صيغة المصدر

رسائل ماجيستير

نوع الملف

pdf text

أسماء الملفات

00968972-9b4e-4302-939a-df2f09696f62_1.pdf

بيانات النشر

ألقاب المؤلفين

[{"name_ar":"Abdulmonem Mohamed Fetyan","title_ar":"اشراف","title_en":"Supervision"},{"name_ar":"Mohamed Adel Allam Mohamed","title_ar":"اعداد","title_en":"Preparation"},{"name_ar":"Mohammad Ali Abdelkareem","title_ar":"اشراف","title_en":"Supervision"}]

اللغة

English

المصدر والدورية

اسم المصدر

Enhancing Catalytic Activity and Stability of Carbon-Based Electrodes for Vanadium Redox Flow Batteries

المحتوى والصفحات

عدد الصفحات

0

ترجمة الملخص

تعد بطاریات أكسدة واختزال الفنادیوم التدفقیة (VRFBs) بطاریة واعدة لتخزین الطاقة الناتجة من الطاقة المتجددة، إلا أن كفاءتها المحدودة في تخزین الطاقة تعيق الاعتماد علیها على نطاق واسع. وینبع هذا التحدي من عدم كفایة النشاط التحفيزي في المواد التقلیدیة المعتمدة على الكربون المستخدمة كأقطاب لها. حیث یتم استخدام لباد الجرافیت (GF) كقطب كهربي في هذا النوع من البطاریات. ومع ذلك، فإن ضعف قابلیتها للانعكاس وانخفاض نشاطها الكهروكیمیائي یحدان من كفاءتها. ومن هذا المنطلق فإن بحثنا یركز على تحسین أداء هذه الأنواع من الأقطاب، وخاصة المصنوعة من لباد الجرافیت، باستخدام أسالیب جدیدة وصديقة للبیئة. فأول نهج نتبعه هو دمج أسود الكربون (CB) كمحفز للباد الجرافیت، وذلك لفعالیته من حیث تكلفته القلیلة وقابلیته العالیة على التوصیل، باستخدام تقنیة الترسیب التي یسهلها البوليمر الموثق بولي (حمض الأكریلیك) (PAA). وبعد ذلك، یتم تطبیق معالجة حراریة عالیة الحرارة لتنشیط اللباد وتحلل رابط PAA، وبالتالي تقلیل المقاومة الأومیة المتوقع زیادتها بسبب هذا البوليمر. أما النهج الثاني فقد قمنا به استناداً إلى فكرة الاستدامة وإعادة التدویر، وذلك من خلال استخدام القماش المهمل، وخاصة الأقمشة القطنیة التي كانت مستخدمة من قبل كملابس، كأقطاب كهربائیة جدیدة بدیلة للباد الجرافیت المستخدم. حیث یتم إنتاج هذه الأقطاب المشتقة من الكتلة الحیویة القطنیة (CWC) من خلال إجراء الكربنة المباشرة عند درجات حرارة عالیة، مما یلغي الحاجة إلى المعالجة الحراریة المطلوبة للباد الجرافیت التجاري. یكشف توصیف هذه الأقطاب الكهربیة عن روابط كبیرة بین الألیاف، مما یقلل المقاومة الأومیة ویحسن نقل الشحنات بین ألیاف القطب الجدید. تكشف ملفات الشحن والتفریغ الجلفانیة المُطبقة على الخلایا المجمعة من هذین النهجین (القطب المحسن والقطب الجدید) عن تحسن ملحوظ في كفاءة الطاقة، حیث تتراوح من 10 إلى 15٪ أعلى مقارنة باللباد المعالج حرارياً لكل من اللباد المطلي بالكربون (CB-GF) وأقطاب القماش المهدرة المتفحمة (CWC). كما أنه من الجدیر بالذكر عدم ملاحظة علامات تدهور بعد ستین دورة لأي من القطبین. وعلیه فإن هذا التحسن الكبیر یشیر إلى أفكار واعدة في استخدام هذه الأقطاب في بطاریات الفنادیوم لما لها من أثر فعال في الكفاءة والأداء، مما یشیر إلى إمكانیة رؤیتها في تطبیقات واسعة المدى بالإضافة إلى مساهمتها في تعزیز الاستدامة في أنظمة تخزین الطاقة.

كلمات الباحثين

Electrodes, Carbon - Flow batteries - Photovoltaic power generation

إشراف وإعداد

الإشراف

Abdulmonem Mohamed Fetyan, Mohammad Ali Abdelkareem

الإعداد

Mohamed Adel Allam Mohamed

الاقتباسات الببليوغرافية