Strukturelle og ytelsesmessige fordeler med strømningsbatterielektroder modifisert av kontinuerlig CVD karbon nanorøravsetning

Elektrodene til strømningsbatterier er vanligvis laget av elektrodefilt og elektrodeduk. Prosessen innebærer å gjøre den forhåndsoksiderte fiberen til filt eller tøy gjennom tekstilteknologi, etterfulgt av karbonisering, grafitisering og aktivering for å produsere elektrodene. Det mest kritiske trinnet som påvirker ytelsen til elektrodematerialet er aktiveringstrinnet. Den konvensjonelle aktiveringsprosessen utføres gjennom oksidasjonsaktivering, som vanligvis involverer høytemperatur varmebehandling med luft eller luft blandet med litt vanndamp, for å pode forskjellige aktive funksjonelle grupper (vanligvis hydroksyl- og karboksylgrupper) på overflaten av karbonfibrene, og oppnå hydrofile effekter. På grunn av oksidativ etsing økes det spesifikke overflatearealet til karbonfibrene, og de aktive stedene forbedres, og produserer dermed godt aktiverte hydrofile elektrodematerialer. Denne prosessen er preget av enkelhet, bekvemmelighet og lave kostnader. Den har imidlertid den ulempe at den ikke er i stand til nøyaktig å kontrollere andelen og mengden av oksygenholdige funksjonelle grupper. De kjemiske bindingene til hydroksyl- og karboksylgrupper på karbonfibrene er utsatt for brudd og deaktivering; oksidasjonsaktiveringsprosessen fører til utseendet av oksidert grafitt på overflaten av grafittiserte karbonfibre, noe som resulterer i dårlig ledningsevne; den spesifikke overflatearealøkningen på grunn av oksidasjonsaktiveringsprosessen er ekstremt lav, vanligvis ikke over 2 m²/g, og økningen i reaksjonssteder er relativt liten.

Aktiveringsprosessen vår involverer avsetning av karbon nanorør på overflaten av grafittiserte karbonfibre gjennom en kontinuerlig dampavsetningsprosess. Ved å kontrollere gassstrømmen og trykkforholdene blir karbonnanorørene jevnt belagt på overflaten av karbonfibrene (på grunn av fraværet av katalysatorer kan karbonnanorørene bare feste seg og vokse på karbonfibrene, noe som igjen resulterer i et tett belegg av karbonnanorør som ikke faller av). Deretter, gjennom nitridering, podes pyrrol- og pyridinstrukturer for å hemme bireaksjonen av hydrogenutviklingen. Til slutt oppstår oksidasjonsreaksjoner i flere temperatursoner for å pode oksygenholdige funksjonelle grupper på overflaten.

Egenskapene til denne prosessen er:

1. Kapillærfenomenet som dannes ved å avsette karbon nanorør oppnår hydrofile effekter gjennom en fysisk metode, noe som gjør det mindre utsatt for deaktivering;

2. Det spesifikke overflatearealet er stort, typisk ≥10㎡/g, som er 5-10 ganger det for konvensjonelle prosesser;

3. Det er minimal oksidasjonsetsing, og den indre motstanden til elektroden er lav. Denne prosessen skiller seg fra konvensjonelle oksidasjonsaktiveringsmetoder som skader karbonfibre. Ikke bare skader det ikke karbonfibre, men det bidrar også til å øke ledningsevnen og styrken til karbonfibre, og kan til og med produsere harde elektroder gjennom høy avsetning. Generelt er spenningseffektiviteten til en 2,5 mm elektrode generelt ≥88 %, mens den til en 4,35 mm tykk elektrode generelt er ≥87 %, noe som viser utmerket ytelse. Vårt firma har den første kontinuerlige CVD-dampavsetningsovnen i Kina, som brukes til in-situ-vekst av CNT gjennom CVD-dampavsetning. Den har gjennomgått over 10 000 sykluser med et syklustap på ≤0,5 %. Det spesifikke overflatearealet til elektrodefilt og elektrodeduker er typisk rundt 12㎡/g, med det høyeste oppnåelige 600㎡/g. CNT-ene har en diameter på 8-10nm og en lengde på 100-200nm.