Sürekli CVD Karbon Nanotüp Biriktirmeyle Modifiye Edilmiş Akış Pil Elektrotlarının Yapısal ve Performans Avantajları

Akışlı pillerin elektrotları genellikle elektrot keçesi ve elektrot bezinden yapılır. Süreç, önceden oksitlenmiş elyafın tekstil teknolojisi yoluyla keçe veya kumaşa dönüştürülmesini, ardından karbonizasyon, grafitizasyon ve elektrotların üretilmesi için aktivasyonu içerir. Elektrot malzemesinin performansını etkileyen en kritik adım aktivasyon adımıdır. Geleneksel aktivasyon prosesi, farklı aktif fonksiyonel grupları (genellikle hidroksil ve karboksil grupları) karbon fiberlerin yüzeyine aşılayarak hidrofilik etkiler elde etmek için tipik olarak hava veya bir miktar su buharı ile karıştırılmış hava ile yüksek sıcaklıkta ısıl işlemi içeren oksidasyon aktivasyonu yoluyla gerçekleştirilir. Oksidatif aşındırma nedeniyle, karbon fiberlerin spesifik yüzey alanı arttırılır ve aktif bölgeler güçlendirilir, böylece iyi aktive edilmiş hidrofilik elektrot malzemeleri üretilir. Bu işlem basitlik, kolaylık ve düşük maliyet ile karakterize edilir. Ancak oksijen içeren fonksiyonel grupların oran ve miktarının doğru bir şekilde kontrol edilememesi gibi bir dezavantaja sahiptir. Karbon lifleri üzerindeki hidroksil ve karboksil gruplarının kimyasal bağları kırılmaya ve devre dışı kalmaya eğilimlidir; oksidasyon aktivasyon süreci, grafitleştirilmiş karbon fiberlerin yüzeyinde oksitlenmiş grafit görünümüne yol açarak zayıf iletkenliğe neden olur; Oksidasyon aktivasyon prosesinden kaynaklanan spesifik yüzey alanı artışı son derece düşüktür, genellikle 2 m²/g'ı aşmaz ve reaksiyon bölgelerindeki artış nispeten küçüktür.

Aktivasyon sürecimiz, sürekli bir buhar biriktirme işlemi yoluyla karbon nanotüplerinin grafitleştirilmiş karbon fiberlerin yüzeyine biriktirilmesini içerir. Gaz akışını ve basınç koşullarını kontrol ederek, karbon nanotüpler karbon fiberlerin yüzeyi üzerinde eşit şekilde kaplanır (katalizörlerin yokluğundan dolayı, karbon nanotüpler yalnızca karbon fiberlere yapışabilir ve büyüyebilir, bu da karbon nanotüplerin düşmeyen sıkı bir kaplamasıyla sonuçlanır). Daha sonra nitrürleme yoluyla pirol ve piridin yapıları, hidrojen oluşumu yan reaksiyonunu engellemek için aşılanır. Son olarak, oksijen içeren fonksiyonel grupları yüzeye aşılamak için çeşitli sıcaklık bölgelerinde oksidasyon reaksiyonları meydana gelir.

Bu sürecin özellikleri şunlardır:

1. Karbon nanotüplerin birikmesiyle oluşan kılcal fenomen, fiziksel bir yöntemle hidrofilik etkiler elde ederek, deaktivasyona daha az eğilimli hale getirir;

2. Spesifik yüzey alanı büyüktür, tipik olarak ≥10㎡/g olup, geleneksel proseslerin 5-10 katıdır;

3. Minimum oksidasyon aşınması vardır ve elektrotun iç direnci düşüktür. Bu işlem, karbon liflerine zarar veren geleneksel oksidasyon aktivasyon yöntemlerinden farklıdır. Karbon fiberlere zarar vermemekle kalmıyor, aynı zamanda karbon fiberlerin iletkenliğini ve gücünü artırmaya da yardımcı oluyor ve hatta yüksek birikim sayesinde sert elektrotlar bile üretebiliyor. Genel olarak, 2,5 mm'lik bir elektrotun voltaj verimliliği genellikle ≥%88 iken 4,35 mm kalınlığındaki bir elektrotun voltaj verimliliği genellikle ≥%87'dir ve mükemmel performans gösterir. Şirketimiz, CVD buhar biriktirme yoluyla CNT'lerin yerinde büyütülmesi için kullanılan, Çin'deki ilk sürekli CVD buhar biriktirme fırınına sahiptir. ≤%0,5 döngü kaybıyla 10.000'den fazla döngüden geçmiştir. Elektrot keçelerinin ve elektrot kumaşlarının spesifik yüzey alanı tipik olarak 12㎡/g civarında olup, elde edilebilecek en yüksek değer 600㎡/g'dir. CNT'lerin çapı 8-10 nm ve uzunluğu 100-200 nm'dir.