多孔碳基材料在铁铬液流电池电极中充当能量转换的关键界面。具体来说，像石墨毡这样的材料具有双重作用：它们提供化学氧化还原反应发生的必要“活性位点”，并创建通道网络，确保液体电解质有效地流过系统。
铁铬液流电池的有效性取决于电极平衡反应速度和流体运动的能力。石墨毡通过提供三维结构来解决这个问题，该结构最大化发电的表面积，同时充当电解质的管道网络。
电化学基础
提供活性反应位点
电极的主要作用是促进电子交换。多孔碳材料提供了电解质中溶解的活性物质的氧化还原反应所需的物理活性位点。
增强反应动力学
速度对电池性能至关重要。石墨毡独特的三维多孔结构提供了很高的比表面积。
与平面相比，这巨大的表面积允许同时发生显著更多的电化学反应，直接增强了反应动力学。
优化流体动力学
创建流体通道
除了化学作用，电极还必须管理流体动力学。石墨毡的多孔性在整个电极体积中创建了丰富的流体通道。
确保均匀渗透
为了使电池高效运行，电解质不能仅仅掠过表面。这些通道确保液体均匀渗透到电极的核心。
这可以防止“死区”，即反应停滞，并确保高效流动，使新鲜的活性材料在反应位点上持续可用。
理解权衡
密度与孔隙率的平衡
虽然高表面积对动力学有利，但必须与流动能力进行平衡。
如果材料过于致密（以最大化表面积），它可能会限制流体通道，阻碍电解质的流动。反之，如果它过于多孔以最大化流动，它可能缺乏足够的活性位点进行反应。
结构完整性与表面积
三维结构对性能至关重要，但它依赖于材料在流动压力下保持其形状。
选择“毡”的结构是因为它在高表面积的同时保持了形状而不会坍塌，从而确保功率输出随时间保持一致。
为您的目标做出正确选择
为了最大化铁铬液流电池的潜力，您必须优先考虑符合您特定运行要求的电极特性。
- 如果您的主要重点是峰值功率输出：优先选择具有尽可能高的比表面积的材料，以最大化活性反应位点的数量。
- 如果您的主要重点是系统效率：确保多孔结构创建开放、互连的流体通道，以最小化泵送阻力并确保均匀的电解质渗透。
最终，理想的电极材料将高表面积与渗透性结构相结合，以驱动卓越的电池功率。
总结表：
| 特征 | 在电极中的功能 | 对性能的影响 |
|---|---|---|
| 三维多孔结构 | 提供丰富的活性氧化还原位点 | 增强反应动力学和功率密度 |
| 互连通道 | 为液体电解质创建路径 | 确保均匀渗透并防止死区 |
| 高表面积 | 最大化电化学界面 | 增加同时反应的速率 |
| 毡结构 | 保持结构完整性 | 确保一致的输出和低泵送阻力 |
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参考文献
- Minghao Huang. Application and Future Development of Iron-chromium Flow Batteries. DOI: 10.54254/2755-2721/2025.19567
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
