Page 42 - 《精细化工》2021年第4期

·676· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 38 卷

盐等，碱性电解质中常用对苯二胺（PPD）和间苯 环。在流体电极内部 HQ 分子发生法拉第反应产生
二胺等 [38] 。 赝电容，结合多孔碳材料本身的双电层电容，该电
BOOTA 等 [23] 在 CSs 上沉积 HQ，通过 HQ 分子 极具有 513 F/g 的最大比容量，是未添加 HQ 时电极
与电解质的法拉第反应提供赝电容提高了改性 CSs 电容（220 F/g）的近 2.5 倍，能量密度约为 14 W·h/kg。
的电容性能。YOON 等 [39] 以一种多孔活性炭球作为 值得一提的是，该作者利用第一性原理计算了原子
电极活性材料，向一定量浓度为 1 mol/L H 2 SO 4 中添 层面上 HQ 对多孔碳球孔隙结构和电极界面的影
加一定量浓度为 0.38 mol/L HQ 作为电解液，再加入 响，可以为筛选理想的氧化还原介质和设计浆料电
导电剂制成浆料，在如图 4a 所示的 EFC 中进行循 极提供指导。

图 4 赝电容流体电容器示意图（a） [39] ；基于法拉第电荷载流子和导电渗滤网络的 RFBs/EFC 混合系统的器件示意
图（b） [40]
Fig. 4 Schematic illustration of the pseudocapacitive flow capacitor (a) [39] and device schematic of RFBs/EFC hybrid system
based on Faraday charge carriers and conductive permeation networks (b) [40]

HUNT 等 [40] 将氮化锰 1,4,8,11,15,18,22,25-八乙 1.2 导电网络设计
氧基酞菁（PcMnN）溶于乙腈并添加导电剂（KB） 浆料中电子导电网络由导电剂颗粒相互连接形
制成浆料，其中 PcMnN 通过发生氧化还原反应进行 成，一方面作为贯穿在整个电极内部额外发生的氧
[6]
电荷传输。图 4b 为 RFBs/EFC 混合电化学体系示意 化还原反应的催化剂和界面 ；另一方面通过形成
图，其具有比单一体系更高的功率密度和能量密度， EDLC 存储电荷 [42] 。浆料通常使用超声或机械搅拌
并可以根据实际需要进行调整。即在一定浓度范围 （磁力搅拌、球磨等）对活性材料、导电剂和电解
内，提高 KB 浓度时可以促进 PcMnN 的氧化还原， 液直接进行混合，由于活性材料与导电剂不能均匀
分散在电解液中，浆料中的电子导电网络往往不连
进而提高功率密度；而提高载流子浓度时可以提高
续、数量少，导致电极的电导率低。通过在活性材
能量密度。酞菁是一类化学稳定的芳香族大环化合
料表面包覆导电层〔常见的导电材料是碳材料、导
物，价格低廉，并具有较高的氧化还原稳定性和一
电聚合物（如聚苯胺）等〕，导电剂与活性材料的接
定的溶解度，可用作基于氧化还原的 RFBs/EFC 混合
液流电化学储能系统的正负电荷载流子 [41] 。目前存 触方式由“点对点”转变为“面对面”，提高了接触
面积，只需要额外添加少量甚至不添加导电剂就可
在的问题是载流子在电解液中的溶解度有限，提高
以形成连续、丰富的电子导电网络，从而大幅提高
载流子（如 PcMnN 等）的溶解度将进一步提高系统
电极的导电性。目前的研究主要针对导电剂、活性
的能量密度。
材料等对导电网络形成的影响，目的在于促进形成
综上，通过在活性材料表面包覆或在电解液中 均匀、连续的三维导电网络。
添加可溶解的电化学活性有机物（或电对）发生 1.2.1 导电剂对导电网络的影响
氧化还原反应产生赝电容，进而提高流体电极整体 导电剂是浆料电极的主要组成部分之一，常用
的比容量和能量密度是一种常用的方法，关键在于 的是密度较低的碳导电材料，如导电炭黑（CB）（包
固相材料与电解液之间要形成良好的接触，促进/加 括 KB 和乙炔黑）、Super-P、碳纳米管（CNTs）和
速法拉第反应的产生，从而提高流体电极的电化学 石墨烯等，对浆料的导电性影响较大。流体电极中
性能。 导电剂的质量分数为 0.1%~10%（以浆料质量计，