MOF衍生Mn3O4@C表面调控：提升钒液流电池储能效率的创新策略

本文推荐一种基于金属有机框架（MOF）衍生的Mn3O4@C纳米复合材料，通过固相反应和浸渍涂层技术优化电极表面，显著提升钒液流电池（VRFB）的储能性能。该材料具有高孔隙率和导电碳基质，使能量效率从76%提升至82%（100 mA/cm2），为低成本、高稳定性储能系统提供新思路。

　　

Highlight

MOF衍生的Mn₃O₄@C材料通过独特的孔隙结构和均匀分散的活性位点，显著增强钒离子（VO²⁺/VO₂⁺和V²⁺/V³⁺）氧化还原反应动力学，其能量效率提升14%的突破性表现，为大规模储能系统提供新范式。

电极制备

采用固态反应法合成锰基MOF前驱体：将乙酸锰（(CH₃COO)₂Mn·4H₂O）与对苯二甲酸以2:1摩尔比球磨混合，经高温煅烧获得Mn₃O₄@C纳米复合材料。该工艺避免溶剂使用，兼具可扩展性和环保性。

电极表征

热重分析（TGA）显示材料在368°C发生显著分解（失重38%），对应有机配体碳化过程。X射线衍射（XRD）证实Mn₃O₄晶相形成，扫描电镜（SEM）显示碳基质中均匀分布的纳米颗粒结构，比表面积达217 m²/g。

机理

VRFB工作机理涉及两对关键反应：

正极：VO²⁺ + H₂O ? VO₂⁺ + 2H⁺ + e^-

负极：V³⁺ + e^- ? V²⁺

Mn₃O₄@C的催化作用降低反应活化能，其多孔结构促进电解液渗透和电子转移。

结论

该研究通过MOF模板法成功构建高性能Mn₃O₄@C-HGF电极，其亲水性改良和丰富活性位点使VRFB在100 mA/cm²电流密度下实现82%的能量效率，为下一代储能系统提供经济高效的解决方案。