Keunggulan Struktural dan Kinerja Elektroda Baterai Aliran yang Dimodifikasi oleh Deposisi Karbon Nanotube CVD Berkelanjutan

Elektroda baterai aliran umumnya terbuat dari kain kempa elektroda dan kain elektroda. Prosesnya melibatkan pembuatan serat pra-oksidasi menjadi kain kempa atau kain melalui teknologi tekstil, diikuti dengan karbonisasi, grafitisasi, dan aktivasi untuk menghasilkan elektroda. Langkah paling penting yang mempengaruhi kinerja bahan elektroda adalah langkah aktivasi. Proses aktivasi konvensional dilakukan melalui aktivasi oksidasi, biasanya melibatkan perlakuan panas suhu tinggi dengan udara atau udara yang dicampur dengan uap air, untuk mencangkokkan gugus fungsi aktif yang berbeda (biasanya gugus hidroksil dan karboksil) ke permukaan serat karbon, sehingga mencapai efek hidrofilik. Karena etsa oksidatif, luas permukaan spesifik serat karbon meningkat, dan situs aktif ditingkatkan, sehingga menghasilkan bahan elektroda hidrofilik yang teraktivasi dengan baik. Proses ini ditandai dengan kesederhanaan, kenyamanan, dan biaya rendah. Namun, kelemahannya adalah tidak mampu mengontrol secara akurat proporsi dan kuantitas gugus fungsi yang mengandung oksigen. Ikatan kimia gugus hidroksil dan karboksil pada serat karbon rentan terhadap kerusakan dan penonaktifan; proses aktivasi oksidasi menyebabkan munculnya grafit teroksidasi pada permukaan serat karbon grafit, sehingga menghasilkan konduktivitas yang buruk; peningkatan luas permukaan spesifik akibat proses aktivasi oksidasi sangat rendah, biasanya tidak melebihi 2 m²/g, dan peningkatan lokasi reaksi relatif kecil.

Proses aktivasi kami melibatkan pengendapan tabung nano karbon ke permukaan serat karbon grafit melalui proses pengendapan uap berkelanjutan. Dengan mengontrol kondisi aliran dan tekanan gas, tabung nano karbon terlapisi secara seragam pada permukaan serat karbon (karena tidak adanya katalis, tabung nano karbon hanya dapat menempel dan tumbuh pada serat karbon, yang pada gilirannya menghasilkan lapisan rapat pada tabung nano karbon yang tidak rontok). Kemudian, melalui nitridasi, struktur pirol dan piridin dicangkokkan untuk menghambat reaksi samping evolusi hidrogen. Terakhir, reaksi oksidasi terjadi di beberapa zona suhu untuk mencangkokkan gugus fungsi yang mengandung oksigen ke permukaan.

Ciri-ciri proses ini adalah:

1. Fenomena kapiler yang terbentuk dari pengendapan tabung nano karbon mencapai efek hidrofilik melalui metode fisik, sehingga kurang rentan terhadap penonaktifan;

2. Luas permukaan spesifiknya besar, biasanya ≥10㎡/g, yaitu 5-10 kali lipat dari proses konvensional;

3. Ada etsa oksidasi minimal, dan resistansi internal elektroda rendah. Proses ini berbeda dengan metode aktivasi oksidasi konvensional yang merusak serat karbon. Tidak hanya tidak merusak serat karbon, tetapi juga membantu meningkatkan konduktivitas dan kekuatan serat karbon, dan bahkan dapat menghasilkan elektroda keras melalui pengendapan yang tinggi. Secara umum, efisiensi tegangan elektroda 2,5 mm umumnya ≥88%, sedangkan elektroda tebal 4,35 mm umumnya ≥87%, menunjukkan kinerja yang sangat baik. Perusahaan kami memiliki tungku pengendapan uap CVD berkelanjutan pertama di Tiongkok, yang digunakan untuk pertumbuhan CNT di tempat melalui pengendapan uap CVD. Ini telah mengalami lebih dari 10.000 siklus dengan kehilangan siklus ≤0,5%. Luas permukaan spesifik kempa elektroda dan kain elektroda biasanya sekitar 12㎡/g, dengan pencapaian tertinggi adalah 600㎡/g. CNT memiliki diameter 8-10nm dan panjang 100-200nm.