Avantajele structurale și de performanță ale electrozilor de baterie cu flux modificați prin depunerea continuă de nanotuburi de carbon CVD

Electrozii bateriilor de flux sunt în general făcuți din pâslă și pânză pentru electrozi. Procesul implică transformarea fibrei pre-oxidate în pâslă sau pânză prin tehnologia textilă, urmată de carbonizare, grafitizare și activare pentru a produce electrozi. Pasul cel mai critic care afectează performanța materialului electrodului este etapa de activare. Procesul de activare convențional se realizează prin activarea prin oxidare, implicând de obicei un tratament termic la temperatură înaltă cu aer sau aer amestecat cu niște vapori de apă, pentru a grefa diferite grupări funcționale active (de obicei grupări hidroxil și carboxil) pe suprafața fibrelor de carbon, obținând efecte hidrofile. Datorită gravării oxidative, suprafața specifică a fibrelor de carbon este crescută, iar locurile active sunt îmbunătățite, producând astfel materiale electrozi hidrofile bine activate. Acest proces se caracterizează prin simplitate, comoditate și costuri reduse. Cu toate acestea, are dezavantajul de a nu putea controla cu precizie proporția și cantitatea grupelor funcționale care conțin oxigen. Legăturile chimice ale grupărilor hidroxil și carboxil de pe fibrele de carbon sunt predispuse la rupere și dezactivare; procesul de activare a oxidării duce la apariția grafitului oxidat pe suprafața fibrelor de carbon grafitizate, rezultând o conductivitate slabă; creșterea suprafeței specifice datorită procesului de activare a oxidării este extrem de mică, de obicei nu depășește 2 m²/g, iar creșterea locurilor de reacție este relativ mică.

Procesul nostru de activare implică depunerea nanotuburilor de carbon pe suprafața fibrelor de carbon grafitizate printr-un proces continuu de depunere în vapori. Controlând debitul de gaz și condițiile de presiune, nanotuburile de carbon sunt acoperite uniform pe suprafața fibrelor de carbon (datorită absenței catalizatorilor, nanotuburile de carbon pot adera și crește doar pe fibrele de carbon, ceea ce, la rândul său, are ca rezultat o acoperire strânsă de nanotuburi de carbon care nu cade). Apoi, prin nitrurare, structurile de pirol și piridină sunt grefate pentru a inhiba reacția secundară de degajare a hidrogenului. În cele din urmă, reacțiile de oxidare au loc în mai multe zone de temperatură pentru a grefa pe suprafață grupări funcționale care conțin oxigen.

Caracteristicile acestui proces sunt:

1. Fenomenul capilar format prin depunerea nanotuburilor de carbon realizează efecte hidrofile printr-o metodă fizică, făcându-l mai puțin predispus la dezactivare;

2. Suprafața specifică este mare, de obicei ≥10㎡/g, care este de 5-10 ori mai mare decât a proceselor convenționale;

3. Există o gravare minimă prin oxidare, iar rezistența internă a electrodului este scăzută. Acest proces diferă de metodele convenționale de activare a oxidării care dăunează fibrelor de carbon. Nu numai că nu dăunează fibrelor de carbon, dar ajută și la creșterea conductivității și rezistenței fibrelor de carbon și poate chiar produce electrozi duri prin depunere ridicată. În general, eficiența tensiunii unui electrod de 2,5 mm este în general ≥88%, în timp ce cea a unui electrod de 4,35 mm grosime este în general ≥87%, demonstrând o performanță excelentă. Compania noastră are primul cuptor continuu de depunere de vapori CVD din China, care este utilizat pentru creșterea in situ a CNT-urilor prin depunerea de vapori CVD. A suferit peste 10.000 de cicluri cu o pierdere de ciclu de ≤0,5%. Suprafața specifică a pâslelor cu electrozi și a cârpelor pentru electrozi este de obicei de aproximativ 12㎡/g, cea mai mare posibilă fiind de 600㎡/g. CNT-urile au un diametru de 8-10 nm și o lungime de 100-200 nm.