📄 本實驗室論文

Engineering defect-rich high-entropy (CrMnFeCoNi)₃O₄/rGO nanocomposites for high-performance vanadium redox flow batteries

設計缺陷豐富的高熵 (CrMnFeCoNi)₃O₄/rGO 奈米複合材料以提升釩氧化還原液流電池之性能

Journal of Power Sources, 666 (2026) 239082 (Elsevier) | DOI: 10.1016/j.jpowsour.2025.239082

作者：Aknachew Mebreku Demeku, Yu-Ling Wang, Daniel Manaye Kabtamu, Hailegnaw Gizaw Workie, Anteneh Wodaje Bayeh, Zih-Jhong Huang, Ning-Yih Hsu, Hung-Hsien Ku, Yao-Ming Wang, Chen-Hao Wang*

📄 英文摘要

High-entropy spinel oxide (CrMnFeCoNi)₃O₄ has emerged as a promising electrode material for vanadium redox flow batteries (VRFBs). In this work, a spinel-structured (CrMnFeCoNi)₃O₄/reduced graphene oxide (rGO) nanocomposite was synthesized via a hydrothermal process followed by thermal reduction. The (CrMnFeCoNi)₃O₄ nanoparticles on rGO produce a strong synergistic effect, providing abundant redox-active sites and fast ion transport to enhance charge-transfer kinetics, reversibility, and stability. EXAFS analysis revealed a disordered local structure with reduced coordination and slight bond shifts, indicating that lattice distortion and oxygen vacancies reinforce defect stability. The (CrMnFeCoNi)₃O₄/rGO-modified electrode achieved a high energy efficiency of 87.14% at 80 mA cm⁻² and maintained excellent stability over 300 cycles at 200 mA cm⁻².

📄 中文摘要

高熵尖晶石氧化物 (CrMnFeCoNi)₃O₄ 已成為釩氧化還原液流電池（VRFBs）中極具潛力的 electrode 材料。本研究透過水熱法隨後進行熱還原程序，成功合成了尖晶石結構的 (CrMnFeCoNi)₃O₄/還原氧化石墨烯 (rGO) 奈米複合材料。分布於 rGO 上的 (CrMnFeCoNi)₃O₄ 奈米粒子產生了強大的協同效應，提供了豐富的氧化還原活性位點與快速的離子傳輸。EXAFS 分析顯示局部結構紊亂，具有較低的配位數與輕微的化學鍵位移，表明晶格畸變與氧空位強化了缺陷的穩定性。此複合材料在 80 mA cm⁻² 時達到了 87.14% 的高能量效率，並在 200 mA cm⁻² 下保持了超過 300 次循環的優異穩定性。

🔬 五項核心重要發現

rGO 與 HEO 協同效應：奈米粒子均勻分布於 rGO 表面，提供豐富氧化還原活性位點，加速離子傳輸並降低電荷轉移阻抗。

EXAFS 證實缺陷工程：晶格畸變與氧空位交互強化，配位數減少與鍵長偏移，表明缺陷穩定性提升。

87.14% EE @ 80 mA cm⁻²：較未改質 HGF 提升 8.07%，展現高熵氧化物在 VRFB 正極的優異催化效能。

300 次循環穩定 @ 200 mA cm⁻²：每 cycle 容量衰減率僅 0.053%，顯示出色的長期循環穩定性。

ICP-OES 確認極低金屬浸出：200 次 CV 循環後 Cr、Mn 未被檢出，Fe、Co、Ni < 0.025 ppm，證實材料穩定性優異。

📊 關鍵圖表

關鍵圖 1：rGO 奈米片之 SEM 影像，顯示典型皺褶薄膜結構，有利於離子傳輸與電化學活性表面積增加。

關鍵圖 2：(CrMnFeCoNi)₃O₄/rGO 複合材料之 TEM 影像，揭示高熵氧化物奈米顆粒均勻負載於石墨烯支架上之微觀結構。