Strukturelle og ydeevne fordele ved strømningsbatterielektroder modificeret ved kontinuerlig CVD-carbonnanorøraflejring

Elektroderne på flowbatterier er generelt lavet af elektrodefilt og elektrodestof. Processen involverer fremstilling af den foroxiderede fiber til filt eller stof gennem tekstilteknologi, efterfulgt af karbonisering, grafitisering og aktivering for at fremstille elektroderne. Det mest kritiske trin, der påvirker ydeevnen af ​​elektrodematerialet, er aktiveringstrinnet. Den konventionelle aktiveringsproces udføres gennem oxidationsaktivering, der typisk involverer højtemperatur varmebehandling med luft eller luft blandet med noget vanddamp, for at pode forskellige aktive funktionelle grupper (normalt hydroxyl- og carboxylgrupper) på overfladen af ​​kulfibrene, hvilket opnår hydrofile effekter. På grund af oxidativ ætsning øges det specifikke overfladeareal af kulfibrene, og de aktive steder forbedres, hvilket giver velaktiverede hydrofile elektrodematerialer. Denne proces er kendetegnet ved enkelhed, bekvemmelighed og lave omkostninger. Det har imidlertid den ulempe, at det ikke er i stand til nøjagtigt at kontrollere andelen og mængden af ​​oxygenholdige funktionelle grupper. De kemiske bindinger af hydroxyl- og carboxylgrupper på kulfibrene er tilbøjelige til at brydes og deaktiveres; oxidationsaktiveringsprocessen fører til udseendet af oxideret grafit på overfladen af ​​grafitiserede kulfibre, hvilket resulterer i dårlig ledningsevne; stigningen i det specifikke overfladeareal på grund af oxidationsaktiveringsprocessen er ekstremt lav, normalt ikke over 2 m²/g, og stigningen i reaktionssteder er relativt lille.

Vores aktiveringsproces involverer aflejring af kulstofnanorør på overfladen af ​​grafitiserede kulfibre gennem en kontinuerlig dampaflejringsproces. Ved at kontrollere gasstrømmen og trykforholdene bliver kulstofnanorørene ensartet belagt på kulfibernes overflade (på grund af fraværet af katalysatorer kan kulstofnanorørene kun klæbe og vokse på kulfibrene, hvilket igen resulterer i en tæt belægning af kulstofnanorør, der ikke falder af). Derefter podes pyrrol- og pyridinstrukturer gennem nitridering for at inhibere hydrogenudviklingssidereaktionen. Endelig forekommer oxidationsreaktioner i flere temperaturzoner for at pode oxygenholdige funktionelle grupper på overfladen.

Karakteristikaene ved denne proces er:

1. Det kapillære fænomen, der dannes ved aflejring af kulstofnanorør, opnår hydrofile virkninger gennem en fysisk metode, hvilket gør det mindre tilbøjeligt til deaktivering;

2. Det specifikke overfladeareal er stort, typisk ≥10㎡/g, hvilket er 5-10 gange større end ved konventionelle processer;

3. Der er minimal oxidationsætsning, og elektrodens indre modstand er lav. Denne proces adskiller sig fra konventionelle oxidationsaktiveringsmetoder, der beskadiger kulfibre. Det beskadiger ikke kun kulfibre, men det hjælper også med at øge kulfibrenes ledningsevne og styrke og kan endda producere hårde elektroder gennem høj aflejring. Generelt er spændingseffektiviteten for en 2,5 mm elektrode generelt ≥88 %, mens den for en 4,35 mm tyk elektrode generelt er ≥87 %, hvilket viser fremragende ydeevne. Vores virksomhed har den første kontinuerlige CVD-dampdepositionsovn i Kina, som bruges til in-situ vækst af CNT'er gennem CVD-dampaflejring. Den har gennemgået over 10.000 cyklusser med et cyklustab på ≤0,5 %. Det specifikke overfladeareal af elektrodefilt og elektrodeklude er typisk omkring 12㎡/g, hvor det højest opnåelige er 600㎡/g. CNT'erne har en diameter på 8-10nm og en længde på 100-200nm.