有序孔隙三维电极构建与电脱盐性能研究

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电容去离子技术作为一种新型的脱盐技术,具备了高效、低耗、无二次污染等显著优点。电极材料及性能、运行参数、装置类型及结构参数等是影响电容去离子性能的主要因素,其中电极材料及性能最为关键。在常见的电极材料中活性炭电极由于具有性能稳定、孔隙结构丰富、经济性好等优势获得了广泛的关注,但以往的研究对其作为电极材料的负载相关研究有待加强。本文以活性炭作为活性物质,以短切碳纤维为骨架构建“三维电极”,并在其制备过程中构建有序孔隙电极,以期为电容去离子电极材料的发展提供一种新思路。
  本文将分散的短切碳纤维作为电极的三维骨架,将活性炭负载在三维骨架上形成了“三维电极”。在此基础上,引入短切牛毛构建了有序孔隙电极。通过对二维电极、三维电极和有序孔隙电极进行物理和电化学性能相关表征发现,作为导电物和三维骨架的短切碳纤维和制备有序孔隙的短切牛毛的加入,通过影响电极的欧姆降和离子扩散阻力两方面性能进而影响电极的比电容值和脱盐性能。结果表明,在三维电极中,短切碳纤维含量使得电极的比电容值出现先增加后减小的趋势,当短切碳纤维含量为17.6mg时,比电容值达到了最大值181.23F/g;短切牛毛含量对电极欧姆降和离子扩散阻力的影响与短切碳纤维的影响趋势相反,比电容值变化规律相似,当短切牛毛含量为13.7mg时比电容值达到了最大值218.27F/g。
  当碳纤维含量为17.6mg,短切牛毛含量为13.7mg时,制得的有序孔隙电极的最佳比电容值可达218.27F/g,并且在电流密度5A/g的充放电过程中可以降低电容衰减率。应用于氯化钠溶液的脱盐过程中,当氯化钠溶液浓度为2g/L时最大脱盐量可达12.23mg/g。本文构建的三维有序孔隙电极可显著提高电容性能和脱盐量,为高质量负载电极的研究提供了一种新思路,对于电容去离子技术的进一步应用奠定了基础。
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