PANI/BiVO4光阳极驱动的铁-溴太阳能氧化还原液流电池系统，用于高效的太阳能转换与存储

光伏转化与储能技能的高效集成对于打破太阳能利用的约束至关重要。太阳能可充电液流电池（SRFBs）经过光电极驱动的氧化复原进程完成太阳能转化与存储，为可继续太阳能储能供给了经济可行的技能途径。但是，SRFB的发展受限于光电极/氧化复原电对能级失配所导致的热力学电压上限，以及光电极的长期安稳性问题。本研讨开发了一种PANI/BiVO4制备了PBVO光电极，有用防止了BiVO4与电解质的直接触摸，然后按捺了光腐蚀问题。一起，在SRFB系统中采用了具有高氧化复原可逆性的[Fe(CN)6]3-/[Fe(CN)6]4-与Br-/Br3-(Fe-Br)氧化复原电对。所设计的PBVO Fe-Br SRFB完成了超长安稳性，光电流继续可达50小时。此外，验证了PBVO电极在Fe-Br SRFB中电荷转移途径的有用性，为SRFB的设计供给了理论依据。

图形摘要

太阳能发电系统本质上受昼夜循环和天气条件约束，这导致发电出力与动力需求的时空散布之间存在固有差异[1]。传统将光搜集与能量存储别离的系统仅能部分缓解这种不匹配。但是，建设和运营必要的根底设施会明显增加全生命周期经济本钱和环境负担。因而，在保证经济可行性与生态可继续性的前提下，完成太阳能高效安稳利用，仍是动力转化技能领域的中心研讨要点。
传统太阳能电池系统由相互独立的光伏电池和蓄电池组成，经过外部线路完成电气连接。但是，此类系统往往存在本钱高、占地面积大等问题[2]。更重要的是，直接采用外部布线常导致能量损耗[3][4]。为处理这些难题，光电化学转化电池作为一种极具前景的代替动力供应系统应运而生[4]。该设备经过将光电极集成于电池内部，可在单一单元中完成太阳能的原位搜集与存储。这种整合为分散式、灵敏且一体化的太阳能搜集与电力存储处理方案铺平了路途[5]。多种金属可充电电池，包括锂离子[6]、锂硫[7]、钠离子[8]、铝离子[9]和锌离子[10]电池，构成了这些光电化学转化系统的根底。但是，这些系统仍存在明显约束，特别是作为传统太阳能设备代替或补充方案时的可扩展性问题。
可溶性氧化复原液流电池（SRFBs）融合了光电化学器材与氧化复原液流电池的优势，使其成为大规模太阳能捕获、转化与存储的理想代替方案[11]。这些系统强调构建集光转化与能量存储于一体的双功用集成渠道的重要性，其间心优势在于光电极的光学特性与电解液储能能力之间的兼容性。该设计规避了传统光电化学转化电池需迫使单一光电极一起执行光搜集与能量存储功用的约束性[12]。经过独立调控光电极与电解液，可别离优化光能与电能转化进程，然后进一步提高整体转化功率与器材功能[13]。
在这些构型中，单光电极SRFB差异于双光电极SRFB和光辅佐电池[14][15]。该设计中，受光照的单光电极一起产生氧化阳极电解质的电子与复原阴极电解质的空穴。相较于另两种结构，单光电极设计最为简练，仅需单个光电极即可完成，这为大规模SRFB应用供给了潜在的扩展性与本钱优势。
在咱们从前的研讨中，采用了一种双光电极系统，该系统由BVO光阳极和pTTh光阴极组成，用于驱动Fe3+/Fe2+与Br-/Br2氧化复原进程。尽管BVO优异的光学特性可以完成毫安量级的充电电流密度，但在酸性条件下（pH <2，E0>1)时，BVO转变为不安稳的离子态并遭受严重的光腐蚀与溶解，这会影响外表电荷转移[16]。此外，Fe固有的低电位差3+/Fe2+-Br-/Br2氧化复原电对将反响放电电压约束在约0.2 V，进一步约束了系统优化[17]。
从前的研讨表明，在光电极外表涂覆电荷传输层能有用钝化外表电荷，既防止光电极与电解质的直接触摸，又可加速光生电荷别离[18]。铁氰化物氧化复原对（[Fe(CN) %% ）因其高度可逆的氧化复原反响、杰出的动力学特性、安稳性、易用性和本钱效益而广受认可[19][20]。[Fe(CN) %% 电解质通常作为氧化复原液流电池的阴极电解液，在近中性或碱性条件下工作[21][22]。6]3-/[Fe(CN)6]4-/[Fe(CN)6]3-/[Fe(CN)6]4- electrolytes are typically employed as the catholyte in redox flow batteries operating under near-neutral or alkaline conditions[21], [22].
在此，咱们报道了一种具有"PANI/BiVO4| KBr + KCl ∥ PEM膜 ∥ K3Fe(CN)6+ KCl |碳毡"结构的铁-溴液流电池，其间PBVO光电极催化Br-氧化反响。
[Fe(CN)的组合6]3-/[Fe(CN)6]4-与阳极电解液Br-/Br3-形成氧化复原对。这一配对不只供给了优异的理论电位差，还能在近中性条件下保证高度可逆性，然后延伸反响的循环寿数。此外，添加KCl作为支持电解质可进一步提高[Fe(CN)6]3-/[Fe(CN)6]4-在水溶液中提高溴离子电导率的一起-[23], [24].
此外，BVO外表的PANI涂层明显增强了光生电荷的有用别离与传输。该慵懒PANI层不只能有用按捺BVO在半导体-电解质界面的腐蚀，还可钝化光阳极外表缺陷，然后降低外表电荷复合率。
本研讨证实了PBVO光阳极上光生电荷转移与堆集同Fe-Br SRFBs系统光充电功能之间的因果关系。该系统完成了2.4%的光化学转化功率(SCCE)，在无辅佐条件下获得了4.8 mA cm^-2的光充电电流密度。−2即使经过30次循环后，其仍能坚持1%的SCCE值，展现出优异的长期安稳性。这些发现为合理设计适用于长时间光充电电池和光电化学器材的各类光催化剂供给了重要依据，可进一步提高转化功率与安稳性。