连续气相沉积碳纳米管改性液流电池电极的结构与性能优势

液流电池电极一般为电极毡和电极布。其工艺为通过将预氧丝经过纺织工艺制成毡或者布，然后碳化、石墨化和活化制成电极。其中影响电极材料性能最关键的环节为活化环节。常规的活化工艺为通过氧化活化工艺进行，通常为通过空气或者通入部分水蒸气的空气进行高温热处理，使的碳纤维表面接枝不同的活性官能团（通常为羟基和羧基）达到亲水的效果，且因氧化蚀刻，会增加碳纤维比表面积，增加活性位点，进而制成活化好的亲水电极材料。该工艺特点是简单便捷，易于操作，成本较低。缺点是无法准确控制含氧官能团的比例和数量，碳纤维上的羟基和羧基化学键容易断裂，容易失活；氧化活化工艺导致石墨化的碳纤维表面出现氧化石墨，导致导电性变差；氧化活化工艺比表面积增加极低，通常不超过2㎡/g，反应位点增加较低。

我司活化工艺为通过连续气相沉积工艺，使得石墨化过后的碳纤维表面沉积碳纳米管，通过控制气流和气压条件，使得碳纳米管均匀裹覆在碳纤维表面（因无催化剂，碳纳米管仅能贴附在碳纤维上生长，这反而使得碳纳米管裹覆紧密，不会脱落），然后经过氮化，接枝吡咯和吡啶结构，抑制析氢副反应，最后几个温区进行氧化反应，接枝部分含氧官能团。

该工艺特点为：

1、通过沉积碳纳米管形成的毛细现象达到亲水效果，物理法亲水，因此不易失活；

2、比表面积大，通常比表面积≥10㎡/g，是常规工艺的5-10倍；

3、氧化蚀刻极少，电极内阻较低。该工艺有别于常规氧化活化破坏碳纤维方式，该工艺不仅不会破坏碳纤维，还有助于碳纤维导电性和强度增加，甚至可以通过高沉积制成硬质电极。通常，2.5mm电极的电压效率普遍≥88%，而4.35mm厚电极电压效率普遍≥87%，性能优异。我司有着国内首台套连续CVD气相沉积炉，做CVD气相沉积原位生长CNTs工艺，超长循环10000次，循环脱落≤0.5%。电极毡和电极布的比表面积常规12㎡/g左右，最高可做到600㎡/g。CNTs直径8-10nm，长度100-200nm。