Strukturne i izvedbene prednosti protočnih baterijskih elektroda modificiranih kontinuiranim CVD taloženjem ugljikovih nanocijevi

Elektrode protočnih baterija općenito su izrađene od filca za elektrode i tkanine za elektrode. Proces uključuje izradu prethodno oksidiranog vlakna u filc ili tkaninu pomoću tekstilne tehnologije, nakon čega slijedi karbonizacija, grafitizacija i aktivacija za proizvodnju elektroda. Najkritičniji korak koji utječe na performanse materijala elektrode je korak aktivacije. Konvencionalni proces aktivacije provodi se kroz oksidacijsku aktivaciju, koja obično uključuje visokotemperaturnu toplinsku obradu sa zrakom ili zrakom pomiješanim s malo vodene pare, kako bi se nacijepile različite aktivne funkcionalne skupine (obično hidroksilne i karboksilne skupine) na površinu karbonskih vlakana, postižući hidrofilne učinke. Zbog oksidativnog nagrizanja, specifična površina karbonskih vlakana se povećava, a aktivna mjesta se pojačavaju, čime se proizvode dobro aktivirani hidrofilni elektrodni materijali. Ovaj proces karakterizira jednostavnost, praktičnost i niska cijena. Međutim, nedostatak mu je nemogućnost točne kontrole udjela i količine funkcionalnih skupina koje sadrže kisik. Kemijske veze hidroksilnih i karboksilnih skupina na karbonskim vlaknima sklone su lomljenju i deaktivaciji; proces aktivacije oksidacije dovodi do pojave oksidiranog grafita na površini grafitiziranih karbonskih vlakana, što rezultira slabom vodljivošću; povećanje specifične površine zbog procesa aktivacije oksidacije iznimno je nisko, obično ne prelazi 2 m²/g, a povećanje mjesta reakcije je relativno malo.

Naš proces aktivacije uključuje taloženje ugljikovih nanocijevi na površinu grafitiziranih ugljičnih vlakana kroz kontinuirani proces taloženja iz pare. Kontroliranjem protoka plina i uvjeta tlaka, ugljikove nanocijevi su ravnomjerno obložene na površini ugljikovih vlakana (zbog odsutnosti katalizatora, ugljikove nanocijevi mogu samo prianjati i rasti na ugljikovim vlaknima, što zauzvrat rezultira čvrstim premazom ugljikovih nanocijevi koji ne otpada). Zatim se nitriranjem cijepe strukture pirola i piridina da inhibiraju sporednu reakciju razvijanja vodika. Konačno, reakcije oksidacije se odvijaju u nekoliko temperaturnih zona kako bi se funkcionalne skupine koje sadrže kisik nacijepile na površinu.

Karakteristike ovog procesa su:

1. Kapilarni fenomen koji nastaje taloženjem ugljikovih nanocijevi postiže hidrofilne učinke fizikalnom metodom, čineći ga manje sklonim deaktivaciji;

2. Specifična površina je velika, obično ≥10㎡/g, što je 5-10 puta više od konvencionalnih procesa;

3. Postoji minimalno oksidacijsko jetkanje, a unutarnji otpor elektrode je nizak. Ovaj se postupak razlikuje od konvencionalnih metoda aktivacije oksidacije koje oštećuju ugljična vlakna. Ne samo da ne oštećuje ugljična vlakna, već također pomaže u povećanju vodljivosti i čvrstoće ugljičnih vlakana, a može čak i proizvesti tvrde elektrode putem visokog taloženja. Općenito, naponska učinkovitost elektrode od 2,5 mm općenito je ≥88%, dok je naponska učinkovitost elektrode debljine 4,35 mm općenito ≥87%, što pokazuje izvrsne performanse. Naša tvrtka ima prvu kontinuiranu CVD peć za taloženje parom u Kini, koja se koristi za rast CNT-a na licu mjesta kroz CVD taloženje parom. Prošao je preko 10 000 ciklusa s gubitkom ciklusa od ≤0,5%. Specifična površina filca za elektrode i tkanina za elektrode obično je oko 12 ㎡/g, a najveća moguća vrijednost je 600 ㎡/g. CNT imaju promjer od 8-10 nm i duljinu od 100-200 nm.