Jatkuvalla CVD-hiilenanoputkipinnoituksella modifioitujen virtausakkuelektrodien rakenteelliset ja suorituskyvyn edut

Virtausakkujen elektrodit valmistetaan yleensä elektrodihuovasta ja elektrodikankaasta. Prosessi sisältää esihapetetun kuidun tekemisen huopaksi tai kankaaksi tekstiiliteknologian avulla, mitä seuraa hiiltäminen, grafitointi ja aktivointi elektrodien valmistamiseksi. Kriittisin elektrodimateriaalin suorituskykyyn vaikuttava vaihe on aktivointivaihe. Perinteinen aktivointiprosessi suoritetaan hapetusaktivoinnilla, johon liittyy tyypillisesti korkean lämpötilan lämpökäsittely ilmalla tai ilmalla, johon on sekoitettu jonkin verran vesihöyryä, erilaisten aktiivisten funktionaalisten ryhmien (yleensä hydroksyyli- ja karboksyyliryhmien) oksastamiseksi hiilikuitujen pinnalle, jolloin saadaan aikaan hydrofiilisiä vaikutuksia. Oksidatiivisen syövytyksen ansiosta hiilikuitujen ominaispinta-ala kasvaa ja aktiiviset kohdat paranevat, jolloin muodostuu hyvin aktivoituja hydrofiilisiä elektrodimateriaaleja. Tälle prosessille on ominaista yksinkertaisuus, mukavuus ja alhaiset kustannukset. Sillä on kuitenkin se haittapuoli, että se ei pysty kontrolloimaan tarkasti happea sisältävien funktionaalisten ryhmien osuutta ja määrää. Hiilikuitujen hydroksyyli- ja karboksyyliryhmien kemialliset sidokset ovat alttiita rikkoutumaan ja deaktivoitumaan; hapettumisen aktivointiprosessi johtaa hapettuneen grafiitin ilmaantumiseen grafitoituneiden hiilikuitujen pinnalle, mikä johtaa huonoon johtavuuteen; hapettumisaktivaatioprosessista johtuva ominaispinta-alan lisäys on erittäin alhainen, yleensä enintään 2 m²/g, ja reaktiokohtien lisäys on suhteellisen pientä.

Aktivointiprosessimme sisältää hiilinanoputkien kerrostamisen grafitoitujen hiilikuitujen pinnalle jatkuvalla höyrypinnoitusprosessilla. Kaasun virtausta ja paineolosuhteita säätelemällä hiilinanoputket päällystetään tasaisesti hiilikuitujen pinnalle (katalyyttien puuttumisen vuoksi hiilinanoputket voivat vain tarttua ja kasvaa hiilikuiduille, mikä puolestaan ​​johtaa tiiviiseen hiilinanoputkien pinnoitteeseen, joka ei putoa). Sitten nitridaation avulla oksastetaan pyrroli- ja pyridiinirakenteet estämään vedyn kehittymisen sivureaktiota. Lopuksi useilla lämpötilavyöhykkeillä tapahtuu hapetusreaktioita happea sisältävien funktionaalisten ryhmien oksastamiseksi pinnalle.

Tämän prosessin ominaisuudet ovat:

1. Hiilinanoputkien kerrostamisesta muodostuva kapillaariilmiö saa aikaan hydrofiilisiä vaikutuksia fysikaalisella menetelmällä, mikä tekee siitä vähemmän alttiin deaktivoitumiselle;

2. Ominaispinta-ala on suuri, tyypillisesti ≥10㎡/g, mikä on 5-10 kertaa tavanomaisiin prosesseihin verrattuna;

3. Hapettumissyövytys on minimaalinen ja elektrodin sisäinen vastus on pieni. Tämä prosessi eroaa tavanomaisista hapetusaktivointimenetelmistä, jotka vahingoittavat hiilikuituja. Se ei vain vaurioita hiilikuituja, vaan se auttaa myös lisäämään hiilikuitujen johtavuutta ja lujuutta ja voi jopa tuottaa kovia elektrodeja korkealla kerrostumalla. Yleensä 2,5 mm:n elektrodin jännitehyötysuhde on yleensä ≥88 %, kun taas 4,35 mm:n elektrodin jännitetehokkuus on yleensä ≥87 %, mikä osoittaa erinomaista suorituskykyä. Yrityksellämme on ensimmäinen jatkuvatoiminen CVD-höyrypinnoitusuuni Kiinassa, jota käytetään CNT:iden kasvatukseen in situ CVD-höyrypinnoituksen avulla. Se on käynyt läpi yli 10 000 sykliä ja syklihäviö on ≤0,5 %. Elektrodihuopien ja elektrodikankaiden ominaispinta-ala on tyypillisesti noin 12㎡/g, korkein saavutettavissa oleva pinta-ala on 600㎡/g. CNT:iden halkaisija on 8-10 nm ja pituus 100-200 nm.