[发明专利]一种电容去离子电极及其制备方法及电容去离子器件

说明书

本发明公开了一种电容去离子电极及其制备方法及电容去离子器件，该电极以石墨纸作为集流体、活性碳材料作为电极材料，其中，正极电极材料表面覆盖一层阴离子交换高聚物，负极电极材料表面覆盖一层阳离子交换高聚物，该制备方法包括以下步骤：S1：将活性碳材料与导电剂、粘结剂混和，得到电极浆料，然后涂敷在石墨纸上，烘干，即得到基底电极；S2：将含阴离子交换高聚物的刮膜液脱泡后，刮涂在基底电极的活性炭材料一面，成膜后修饰即得到正极电极；S3：将含阳离子交换高聚物的刮膜液脱泡后，刮涂在基底电极的活性炭材料一面，成膜后修饰即得到负极电极。本发明提供的电极不仅能够有效抑制副反应的发生，提高脱盐效果，而且电极的韧性增强。

技术领域

本发明属于电容去离子技术领域，尤其涉及一种电容去离子电极及其制备方法及电容去离子器件。

背景技术

电容去离子(Capacitive Deionization，CDI)作为一种能效高、成本低、水回收率优异的新型脱盐技术，引起了人们极大的研究兴趣，相关研究也取得了巨大的突破。但是有别于同样基于电双层(Electric Double Lays，EDLs)理论的超级电容器，CDI系统面临更为复杂的状况，这主要是因为CDI的运行体系开放、电解液(待处理盐水)浓度低、体系组分复杂，特别是进入CDI系统的待处理盐水中除含有电解质外，还含有有机物、溶解氧等杂质。复杂的运行体系使得CDI在脱盐过程除发生有效的EDLs吸附外，伴随着发生了大量的副反应，这些副反应既降低了CDI系统的脱盐容量，也影响到了CDI系统长时间脱盐的稳定性。

针对CDI系统长时间脱盐过程中发生副反应的问题，研究人员开展了一系列有效的研究，包括：(1)改变运行方式：①降低运行电压，让运行电压低于副反应发生的电压；②倒极运行，避免正极表面长期被氧化而降低整个CDI系统的脱盐容量。(2)使用新型的电极材料：在负极材料中掺入二氧化钛，二氧化钛的掺入抑制了溶解氧被还原的发生，进而提高了整个CDI系统长期运行的稳定性；(3)引入离子交换膜：离子交换膜的引入，可以隔绝水中溶解氧与电极材料，既避免了溶解氧被还原，还能减轻共离子的作用，提升CDI长时间脱盐的稳定性。

离子交换膜的使用，虽然能够有效避免副反应发生，但是使用离子交换膜，会增加CDI器件的加工难度。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明的第一目的为提供一种电容去离子电极，不仅能够有效抑制副反应的发生，提高脱盐性能，而且电极的韧性增强；

本发明的第二目的为提供一种电容去离子电极的制备方法，采用容易得到的原材料，制备工艺简单，可重复性强，为批量化生产提供了基础。

本发明的第三目的为提供一种电容去离子器件，具有高效的脱盐能力和长时间稳定的运行效果。

为解决上述问题，本发明的技术方案为：

一种电容去离子电极，基底电极为集流体上覆盖碳材料，所述正极电极为所述基底电极的碳材料表面覆盖一层阴离子交换高聚物，所述负极电极为所述基底电极的碳材料表面覆盖一层阳离子交换高聚物。

优选地，所述阴离子交换高聚物为所述阴离子交换膜前驱物或离子交换膜树脂经修饰得到的；

所述阳离子交换高聚物为所述阳离子交换膜前驱物或离子交换膜树脂经修饰得到的。

优选地，所述碳材料为活性炭、石墨烯、碳纤维、碳管中的任意一种或几种。

本发明还提供了一种电容去离子电极的制备方法，包括以下步骤：

S1：基底电极的制备：

将碳材料与导电剂、粘接剂混合，得到电极浆料，将电极浆料涂覆在集流体上，烘干，得到所述基底电极；

S2：正极电极的制备：