[发明专利]一种电极和设备的制造方法

说明书

技术领域

本发明有关一种电极的制造方法以及一种包含该电极的设备的制造方法。

背景技术

电容器被广泛地用作能量储存设备。在双电层电容器中，一对极性相反的电极相对设置，其间由离子可以通过的电绝缘隔离层分开，并共同置于电解液中，在两个电极和电解液的临界处分别积聚一层电荷。在电容器的充电阶段，电解液中的离子在外电场的作用下向相反极性的电极迁移，并吸附在相反极性的电极表面，从而在电容器中储存能量。在电容器的放电阶段，吸附在电极表面的电荷被重新释放回电解液中，先前储存的能量也同时通过外部电路释放出来。在充电阶段，电解液中的离子浓度逐渐降低；在放电阶段，离子从电极表面释放出来。通过切换充电和放电阶段流过电极的水流，可以分别得到淡水和浓水，用这种方法使用电容器来去除液体中矿物质，例如水的脱盐和淡化。充电模式下流入电容器的电解液可以是含盐浓度较高的液体，称为原液；放电模式下流出电容器的液体含有更高浓度的离子，称为浓缩液。

静电电容是电容器的重要特性之一，代表了电容器的离子吸附能力。电容器的静电电容随电极表面积的增大而增大。

设计储能电容器时，理想的状态是使两电极的表面积最大且其间的距离最短。但是这并不适用于为矿物质脱除的应用而设计的电容器。原因是电极的表面积越大，电极表面上的孔越小，通常只有几纳米大小，从而离子通过这些纳米孔时形成了扩散限制。另一方面，电极之间的距离必须足够大，以使得液体流动而不增加过多额外的压强。因此，需要提供一种性能特征不同于现今商业或工业应用的电容器的制造方法，以及一种包括该电容器的装置的制成方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种低成本且易应用的多孔电极制造方法，以及一种使用这种多孔电极的水淡化装置的制造方法。

本发明多孔电极的制造方法包括：在集电器表面覆盖一层由碳材料、不溶于水性溶液的粘合剂、水溶性聚合物组成的涂层，形成一个模版；然后将其烘干；最后，将其浸入水溶液中，去除其中的水溶性聚合物以形成至少一个拥有大量孔隙的电极。

附图说明

通过结合附图对于本发明的实施例进行描述，可以更好地理解本发明，在附图中：

图1是本发明的超极电容脱盐(SCD)装置的一个实施方式在充电阶段的示意图；

图2所示为图1中SCD装置在放电阶段的示意图；

图3所示为制造一个多孔含碳电极的步骤；

图4为一个SCD设备的示意图；

图5所示为图4中一个SCD组的分解图。

具体实施方式

本发明包括涉及一种多孔电极制造方法的多个实施例；本发明包括涉及一种包含该电极的脱盐设备的制造方法的多个实施例。

说明书和权利要求中的近似用语用来修饰数量，表示本发明并不限定于该具体数量，还包括与该数量接近的可接受的修正的部分，而不会导致相关基本功能的改变。相应的，用“大约”等修饰一个数值，意为本发明不限于该精确数值。在某些例子中，近似用语可能对应于测量数值的仪器的精度。

超级电容与普通电容器相比，具有相对更高的能量密度。本发明中的超级电容一词，是多种高效电容器的统称。电容器包括一对设置在电场中的导体(以下称为“电极”)，该两电极相对设置且相隔较小的间距，并在其间储存能量。当在电容器的两个电极施加电压时，该两电极上会产生电量相等，极性相反的电荷。

超级电容脱盐(SCD)装置是指一个用于脱盐的超级电容，可用于实现海水淡化或其他半咸水的去离子化，以将盐分的含量降低至生活和工业用水允许的标准。该SCD装置也可以用于去除或减少液体中其他带电的或离子态的杂质，例如处理工农业生产、市政生活中产生的废水或污水。

参见图1和图2分别显示一个SCD系统200的充电和放电阶段。SCD系统200包括一个SCD装置20和一个为该SCD装置20供电的电源201。电源201也作为一台能量回收转换器，也可以和一台换能器配合使用。SCD装置20包括第一、第二电极21、22。在图示的实施例中，第一电极21与电源201的正极接线柱相连，作为阳极；第二电极22与电源201的负极接线柱相连，作为阴极。一块允许离子通过的绝缘隔片23位于第一、第二电极21、22之间。携带有电荷的原液30流经SCD装置20的第一、第二电极21、22之间，而输出液33由SCD装置20流出。