Avantages structurels et de performance des électrodes de batterie à flux modifiées par dépôt continu de nanotubes de carbone CVD

Les électrodes des batteries à flux sont généralement constituées de feutre d'électrode et de tissu d'électrode. Le processus consiste à transformer la fibre pré-oxydée en feutre ou en tissu grâce à la technologie textile, suivi d'une carbonisation, d'une graphitisation et d'une activation pour produire les électrodes. L’étape la plus critique affectant les performances du matériau de l’électrode est l’étape d’activation. Le processus d'activation conventionnel est réalisé par activation par oxydation, impliquant généralement un traitement thermique à haute température avec de l'air ou de l'air mélangé à de la vapeur d'eau, pour greffer différents groupes fonctionnels actifs (généralement des groupes hydroxyle et carboxyle) sur la surface des fibres de carbone, obtenant ainsi des effets hydrophiles. En raison de la gravure oxydative, la surface spécifique des fibres de carbone est augmentée et les sites actifs sont améliorés, produisant ainsi des matériaux d'électrode hydrophiles bien activés. Ce processus se caractérise par sa simplicité, sa commodité et son faible coût. Cependant, il présente l'inconvénient de ne pas pouvoir contrôler avec précision la proportion et la quantité de groupes fonctionnels contenant de l'oxygène. Les liaisons chimiques des groupes hydroxyle et carboxyle sur les fibres de carbone sont sujettes à la rupture et à la désactivation ; le processus d'activation par oxydation conduit à l'apparition de graphite oxydé à la surface des fibres de carbone graphitées, entraînant une mauvaise conductivité ; l'augmentation de la surface spécifique due au processus d'activation par oxydation est extrêmement faible, ne dépassant généralement pas 2 m²/g, et l'augmentation du nombre de sites de réaction est relativement faible.

Notre processus d'activation consiste à déposer des nanotubes de carbone sur la surface de fibres de carbone graphitées via un processus de dépôt en phase vapeur continu. En contrôlant le débit de gaz et les conditions de pression, les nanotubes de carbone sont uniformément recouverts sur la surface des fibres de carbone (en raison de l'absence de catalyseurs, les nanotubes de carbone ne peuvent adhérer et se développer que sur les fibres de carbone, ce qui entraîne un revêtement serré de nanotubes de carbone qui ne tombe pas). Ensuite, par nitruration, des structures pyrrole et pyridine sont greffées pour inhiber la réaction secondaire de dégagement d’hydrogène. Enfin, des réactions d'oxydation se produisent dans plusieurs zones de température pour greffer des groupes fonctionnels contenant de l'oxygène sur la surface.

Les caractéristiques de ce procédé sont :

1. Le phénomène capillaire formé par le dépôt de nanotubes de carbone produit des effets hydrophiles grâce à une méthode physique, le rendant moins sujet à la désactivation ;

2. La surface spécifique est grande, généralement ≥10㎡/g, soit 5 à 10 fois celle des processus conventionnels ;

3. Il y a une gravure par oxydation minimale et la résistance interne de l'électrode est faible. Ce processus diffère des méthodes conventionnelles d’activation par oxydation qui endommagent les fibres de carbone. Non seulement il n'endommage pas les fibres de carbone, mais il contribue également à augmenter la conductivité et la résistance des fibres de carbone et peut même produire des électrodes dures grâce à un dépôt élevé. Généralement, l'efficacité de tension d'une électrode de 2,5 mm est généralement ≥88 %, tandis que celle d'une électrode de 4,35 mm d'épaisseur est généralement ≥87 %, démontrant d'excellentes performances. Notre société possède le premier four de dépôt en phase vapeur CVD continu en Chine, qui est utilisé pour la croissance in situ de NTC par dépôt en phase vapeur CVD. Il a subi plus de 10 000 cycles avec une perte de cycle ≤0,5 %. La surface spécifique des feutres et des tissus d'électrodes est généralement d'environ 12㎡/g, la plus élevée pouvant être atteinte étant de 600㎡/g. Les NTC ont un diamètre de 8 à 10 nm et une longueur de 100 à 200 nm.