المزايا الهيكلية والأداء لأقطاب بطارية التدفق المعدلة عن طريق ترسيب أنابيب الكربون النانوية المستمرة CVD

عادة ما تكون أقطاب بطاريات التدفق مصنوعة من لباد القطب وقماش القطب. تتضمن العملية تحويل الألياف المؤكسدة مسبقًا إلى لباد أو قماش من خلال تكنولوجيا النسيج، تليها الكربنة، والجرافيت، والتنشيط لإنتاج الأقطاب الكهربائية. الخطوة الأكثر أهمية التي تؤثر على أداء مادة القطب هي خطوة التنشيط. يتم تنفيذ عملية التنشيط التقليدية من خلال تنشيط الأكسدة، والتي تتضمن عادةً معالجة حرارية عالية الحرارة بالهواء أو الهواء الممزوج ببعض بخار الماء، لتطعيم مجموعات وظيفية نشطة مختلفة (عادةً مجموعات الهيدروكسيل والكربوكسيل) على سطح ألياف الكربون، مما يحقق تأثيرات محبة للماء. بسبب النقش التأكسدي، يتم زيادة المساحة السطحية المحددة لألياف الكربون، ويتم تعزيز المواقع النشطة، وبالتالي إنتاج مواد إلكترود محبة للماء منشطة بشكل جيد. وتتميز هذه العملية بالبساطة والراحة والتكلفة المنخفضة. ومع ذلك، فإن له عيبًا يتمثل في عدم القدرة على التحكم بدقة في نسبة وكمية المجموعات الوظيفية المحتوية على الأكسجين. الروابط الكيميائية لمجموعات الهيدروكسيل والكربوكسيل الموجودة على ألياف الكربون عرضة للكسر والتعطيل؛ تؤدي عملية تنشيط الأكسدة إلى ظهور الجرافيت المؤكسد على سطح ألياف الكربون الجرافيتية، مما يؤدي إلى ضعف التوصيل؛ تكون الزيادة في مساحة السطح المحددة بسبب عملية تنشيط الأكسدة منخفضة للغاية، وعادة لا تتجاوز 2 متر مربع / جم، وتكون الزيادة في مواقع التفاعل صغيرة نسبيًا.

تتضمن عملية التنشيط لدينا ترسيب أنابيب الكربون النانوية على سطح ألياف الكربون الجرافيتية من خلال عملية ترسيب البخار المستمر. من خلال التحكم في تدفق الغاز وظروف الضغط، يتم طلاء أنابيب الكربون النانوية بشكل موحد على سطح ألياف الكربون (بسبب عدم وجود محفزات، يمكن لأنابيب الكربون النانوية أن تلتصق وتنمو فقط على ألياف الكربون، مما يؤدي بدوره إلى طلاء محكم من أنابيب الكربون النانوية التي لا تسقط). بعد ذلك، من خلال النتردة، يتم تطعيم هياكل البيرول والبيريدين لمنع التفاعل الجانبي لتطور الهيدروجين. وأخيرًا، تحدث تفاعلات الأكسدة في العديد من مناطق درجات الحرارة لتطعيم مجموعات وظيفية تحتوي على الأكسجين على السطح.

خصائص هذه العملية هي:

1. إن الظاهرة الشعرية التي تتشكل عن طريق ترسيب أنابيب الكربون النانوية تحقق تأثيرات محبة للماء من خلال طريقة فيزيائية، مما يجعلها أقل عرضة للتعطيل؛

2. مساحة السطح المحددة كبيرة، عادة ≥10㎡/g، وهي 5-10 أضعاف مساحة العمليات التقليدية؛

3. يوجد حد أدنى من النقش بالأكسدة، والمقاومة الداخلية للقطب الكهربائي منخفضة. تختلف هذه العملية عن طرق تنشيط الأكسدة التقليدية التي تلحق الضرر بألياف الكربون. لا يقتصر الأمر على عدم إتلاف ألياف الكربون فحسب، بل يساعد أيضًا على زيادة توصيل وقوة ألياف الكربون، ويمكنه أيضًا إنتاج أقطاب كهربائية صلبة من خلال الترسيب العالي. بشكل عام، كفاءة الجهد الكهربائي للقطب 2.5 مم تكون عمومًا ≥88%، في حين أن كفاءة القطب الكهربائي بسمك 4.35 مم تكون عمومًا ≥87%، مما يدل على الأداء الممتاز. تمتلك شركتنا أول فرن ترسيب بخار مستمر CVD في الصين، والذي يستخدم لنمو الأنابيب النانوية الكربونية في الموقع من خلال ترسيب بخار CVD. لقد خضع لأكثر من 10,000 دورة مع خسارة دورة تبلغ ≥0.5%. تبلغ المساحة السطحية المحددة لقماش الأقطاب الكهربائية وأقمشة الأقطاب الكهربائية عادةً حوالي 12 ميكرومتر/جم، مع أعلى مستوى يمكن تحقيقه وهو 600 ميكرومتر/جم. يبلغ قطر الأنابيب النانوية الكربونية 8-10 نانومتر وطولها 100-200 نانومتر.