Ưu điểm về cấu trúc và hiệu suất của điện cực pin dòng chảy được điều chỉnh bằng cách lắng đọng ống nano cacbon CVD liên tục

Các điện cực của pin dòng thường được làm bằng nỉ điện cực và vải điện cực. Quá trình này bao gồm việc chế tạo sợi tiền oxy hóa thành nỉ hoặc vải thông qua công nghệ dệt, sau đó là cacbon hóa, than chì hóa và kích hoạt để tạo ra các điện cực. Bước quan trọng nhất ảnh hưởng đến hiệu suất của vật liệu điện cực là bước kích hoạt. Quá trình kích hoạt thông thường được thực hiện thông qua hoạt hóa oxy hóa, thường bao gồm xử lý nhiệt ở nhiệt độ cao bằng không khí hoặc không khí trộn với một ít hơi nước, để ghép các nhóm chức năng hoạt động khác nhau (thường là nhóm hydroxyl và carboxyl) lên bề mặt sợi carbon, đạt được hiệu ứng ưa nước. Do quá trình ăn mòn oxy hóa, diện tích bề mặt riêng của sợi carbon tăng lên và các vị trí hoạt động được tăng cường, do đó tạo ra vật liệu điện cực ưa nước được kích hoạt tốt. Quá trình này được đặc trưng bởi sự đơn giản, thuận tiện và chi phí thấp. Tuy nhiên, nó có nhược điểm là không thể kiểm soát chính xác tỷ lệ và số lượng các nhóm chức chứa oxy. Các liên kết hóa học của nhóm hydroxyl và carboxyl trên sợi carbon dễ bị gãy và mất hoạt tính; quá trình kích hoạt quá trình oxy hóa dẫn đến sự xuất hiện của than chì bị oxy hóa trên bề mặt sợi carbon bị than chì hóa, dẫn đến độ dẫn điện kém; diện tích bề mặt riêng tăng do quá trình kích hoạt oxy hóa là cực kỳ thấp, thường không vượt quá 2 m2/g và mức tăng vị trí phản ứng là tương đối nhỏ.

Quá trình kích hoạt của chúng tôi bao gồm việc lắng đọng các ống nano carbon lên bề mặt sợi carbon được đồ họa hóa thông qua quá trình lắng đọng hơi liên tục. Bằng cách kiểm soát lưu lượng khí và điều kiện áp suất, các ống nano carbon được phủ đồng đều trên bề mặt sợi carbon (do không có chất xúc tác nên ống nano carbon chỉ có thể bám dính và phát triển trên các sợi carbon, từ đó tạo ra một lớp phủ ống nano carbon chặt chẽ không bị rơi ra). Sau đó, thông qua quá trình nitrid hóa, các cấu trúc pyrrole và pyridin được ghép để ức chế phản ứng phụ tiến hóa hydro. Cuối cùng, các phản ứng oxy hóa xảy ra ở một số vùng nhiệt độ để ghép các nhóm chức chứa oxy lên bề mặt.

Đặc điểm của quá trình này là:

1. Hiện tượng mao dẫn được hình thành bằng cách lắng đọng các ống nano carbon đạt được hiệu ứng ưa nước thông qua phương pháp vật lý, khiến nó ít bị khử hoạt tính hơn;

2. Diện tích bề mặt riêng lớn, thường ≥10㎡/g, gấp 5-10 lần so với các quy trình thông thường;

3. Có hiện tượng ăn mòn oxy hóa tối thiểu và điện trở trong của điện cực thấp. Quá trình này khác với các phương pháp kích hoạt oxy hóa thông thường làm hỏng sợi carbon. Nó không những không làm hỏng sợi carbon mà còn giúp tăng độ dẫn điện và độ bền của sợi carbon, thậm chí có thể tạo ra các điện cực cứng nhờ sự lắng đọng cao. Nói chung, hiệu suất điện áp của điện cực 2,5mm thường là ≥88%, trong khi hiệu suất điện áp của điện cực dày 4,35mm thường là ≥87%, cho thấy hiệu suất tuyệt vời. Công ty chúng tôi có lò lắng đọng hơi CVD liên tục đầu tiên ở Trung Quốc, lò này được sử dụng để tăng trưởng CNT tại chỗ thông qua lắng đọng hơi CVD. Nó đã trải qua hơn 10.000 chu kỳ với mức mất chu kỳ ≤0,5%. Diện tích bề mặt riêng của nỉ điện cực và vải điện cực thường vào khoảng 12㎡/g, với mức cao nhất có thể đạt được là 600㎡/g. CNT có đường kính 8-10nm và chiều dài 100-200nm.