Strukturella och prestandafördelar med flödesbatterielektroder modifierade av kontinuerlig CVD-kolnanorörsavsättning

Elektroderna på flödesbatterier är vanligtvis gjorda av elektrodfilt och elektrodduk. Processen går ut på att göra den föroxiderade fibern till filt eller tyg genom textilteknologi, följt av förkolning, grafitisering och aktivering för att producera elektroderna. Det mest kritiska steget som påverkar elektrodmaterialets prestanda är aktiveringssteget. Den konventionella aktiveringsprocessen utförs genom oxidationsaktivering, vanligtvis med hög temperatur värmebehandling med luft eller luft blandad med lite vattenånga, för att ympa olika aktiva funktionella grupper (vanligtvis hydroxyl- och karboxylgrupper) på ytan av kolfibrerna, vilket uppnår hydrofila effekter. På grund av oxidativ etsning ökar kolfibrernas specifika ytarea och de aktiva platserna förbättras, vilket ger välaktiverade hydrofila elektrodmaterial. Denna process kännetecknas av enkelhet, bekvämlighet och låg kostnad. Den har emellertid nackdelen att den inte kan noggrant kontrollera andelen och kvantiteten av syrehaltiga funktionella grupper. De kemiska bindningarna av hydroxyl- och karboxylgrupper på kolfibrerna är benägna att gå sönder och deaktiveras; oxidationsaktiveringsprocessen leder till uppkomsten av oxiderad grafit på ytan av grafitiserade kolfibrer, vilket resulterar i dålig konduktivitet; den specifika ytareaökningen på grund av oxidationsaktiveringsprocessen är extremt låg, vanligtvis inte över 2 m²/g, och ökningen av reaktionsställen är relativt liten.

Vår aktiveringsprocess involverar avsättning av kolnanorör på ytan av grafitiserade kolfibrer genom en kontinuerlig ångavsättningsprocess. Genom att kontrollera gasflödet och tryckförhållandena beläggs kolnanorören likformigt på ytan av kolfibrerna (på grund av frånvaron av katalysatorer kan kolnanorören bara fästa och växa på kolfibrerna, vilket i sin tur resulterar i en tät beläggning av kolnanorör som inte faller av). Sedan, genom nitridering, ympas pyrrol- och pyridinstrukturer för att hämma bireaktionen vid väteutvecklingen. Slutligen sker oxidationsreaktioner i flera temperaturzoner för att ympa syrehaltiga funktionella grupper på ytan.

Egenskaperna för denna process är:

1. Det kapillärfenomen som bildas genom avsättning av kolnanorör uppnår hydrofila effekter genom en fysisk metod, vilket gör det mindre benäget att deaktiveras;

2. Den specifika ytan är stor, typiskt ≥10㎡/g, vilket är 5-10 gånger större än konventionella processer;

3. Det finns minimal oxidationsetsning och elektrodens inre resistans är låg. Denna process skiljer sig från konventionella oxidationsaktiveringsmetoder som skadar kolfibrer. Det skadar inte bara kolfibrer, utan det hjälper också till att öka ledningsförmågan och styrkan hos kolfibrer, och kan till och med producera hårda elektroder genom hög avsättning. Generellt är spänningseffektiviteten för en 2,5 mm elektrod generellt ≥88 %, medan den för en 4,35 mm tjock elektrod i allmänhet är ≥87 %, vilket visar utmärkt prestanda. Vårt företag har den första kontinuerliga CVD-ångdepositionsugnen i Kina, som används för in-situ-tillväxt av CNT genom CVD-ångdeposition. Den har genomgått över 10 000 cykler med en cykelförlust på ≤0,5 %. Den specifika ytan för elektrodfiltar och elektroddukar är vanligtvis runt 12㎡/g, med den högsta möjliga ytan 600㎡/g. CNT:erna har en diameter på 8-10nm och en längd på 100-200nm.