連続CVDカーボンナノチューブ堆積によって改良されたフローバッテリー電極の構造と性能の利点

フロー電池の電極は一般に電極フェルトと電極布でできています。このプロセスには、繊維技術によって事前に酸化された繊維をフェルトまたは布に加工し、続いて炭化、黒鉛化、活性化して電極を製造することが含まれます。電極材料の性能に影響を与える最も重要なステップは活性化ステップです。従来の活性化プロセスは、炭素繊維の表面にさまざまな活性官能基（通常はヒドロキシル基とカルボキシル基）をグラフトし、親水効果を達成するために、通常、空気または一部の水蒸気を混合した空気による高温熱処理を伴う酸化活性化によって実行されます。酸化エッチングにより、炭素繊維の比表面積が増加し、活性点が強化され、十分に活性化された親水性電極材料が生成されます。このプロセスは、シンプルさ、便利さ、低コストが特徴です。ただし、酸素含有官能基の割合や量を正確に制御できないという欠点があります。カーボンファイバー上のヒドロキシル基とカルボキシル基の化学結合は切断され、不活性化されやすいです。酸化活性化プロセスにより、黒鉛化炭素繊維の表面に酸化黒鉛が出現し、導電性が低下します。酸化活性化プロセスによる比表面積の増加は非常に低く、通常は 2 m2/g を超えず、反応サイトの増加は比較的小さいです。

当社の活性化プロセスには、連続蒸着プロセスを通じて黒鉛化炭素繊維の表面にカーボン ナノチューブを堆積することが含まれます。ガス流量と圧力条件を制御することで、カーボンナノチューブがカーボン繊維の表面に均一にコーティングされます（触媒がないため、カーボンナノチューブはカーボン繊維上にのみ付着して成長することができ、その結果、カーボンナノチューブのコーティングがしっかりと剥がれ落ちません）。次に、窒化によりピロールとピリジンの構造がグラフト化され、水素発生副反応が抑制されます。最後に、いくつかの温度ゾーンで酸化反応が発生し、酸素含有官能基が表面にグラフトされます。

このプロセスの特徴は次のとおりです。

1. カーボンナノチューブの堆積による毛細管現象により、物理的手法により親水効果が得られ、失活しにくくなります。

2. 比表面積が大きく、通常 10以上㎡/g で、従来のプロセスの 5 ～ 10 倍です。

3. 酸化エッチングが少なく、電極の内部抵抗が低い。このプロセスは、炭素繊維を損傷する従来の酸化活性化方法とは異なります。炭素繊維を損傷しないだけでなく、炭素繊維の導電性と強度を向上させ、高蒸着により硬い電極を製造することもできます。一般に、2.5 mm の電極の電圧効率は通常 88% 以上、厚さ 4.35 mm の電極の電圧効率は通常 87% 以上であり、優れた性能を示しています。当社は中国初の連続CVD蒸着炉を有しており、CVD蒸着によるCNTのその場成長に使用されます。 10,000 サイクルを超え、サイクル損失は 0.5% 以下です。電極フェルトおよび電極クロスの比表面積は通常約 12㎡/g で、最高で 600㎡/g が達成可能です。 CNT の直径は 8 ～ 10 nm、長さは 100 ～ 200 nm です。