PTFE/活性炭复合电极的制备及其电容脱盐性能研究

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电容去离子(CDI)是一种低能耗、环保的含盐水脱盐技术。电极作为CDI系统的核心组件,对CDI系统的脱盐性能起着决定性作用。而粘结剂作为电极成型组分中的一部分,对电极的性能有很大的影响,进而影响CDI脱盐性能。本文选用聚四氟乙烯(PTFE)作为粘结剂,分别引入KH550和PVDF与其一同作为复合粘结剂,利用喷涂法和涂覆法制备活性炭电极,讨论其应用于CDI的可能性。采用流变、接触角、电阻率、SEM、BET、电化学测试等方法对电极性能进行表征,分析其影响因素,使用自制的脱盐装置,研究复合电极的脱盐性能。针对PTFE/KH550复合粘结剂,通过改变浆料中KH550的用量和喷涂层数,探究成型条件对喷涂电极性能的影响。结果表明,喷涂电极整体呈现疏水性。加入适量的KH550,可以显著改善电极的粘结性,使电极具有良好的导电性及一定的强度。此时电极具有较高的比表面积,为856.4 m~2/g,面积比电容为0.396F/cm~2。随着KH550用量的增加,电极稳定性变差。喷涂层数低于3层时,电极虽然较稳定,但对于脱盐应用不够牢固。层数为3-4层的电极具有较大的比表面积和面积比电容,喷涂4层时,脱盐循环中电极的脱盐量达到9.401 mg/g。50次循环伏安结果表明,随着喷涂层数的增加,电极的稳定性变差。脱盐实验结果显示,KH550用量为2-4 g,喷涂3-4层的电极表现出良好的脱盐性能。针对PTFE/PVDF复合粘结剂,探究了浆料中PTFE/PVDF配比以及溶剂用量对涂覆电极性能的影响。结果表明,涂覆电极呈现亲水性,具有较好的稳定性,50次循环伏安后比电容仅下降7.35%,最大比电容可达141.78 F/g。随着PTFE比重或溶剂用量的增加,电极亲水性、导电性以及强度略有下降,但电极的稳定性略有上升。脱盐结果显示,PTFE/PVDF配比为5:5,溶剂用量为32 m L时,电极具有良好的脱盐性能,脱盐量达到8.567 mg/g。
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