[發(fā)明專利]一種活性炭電極及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710035762.9
• 申請(qǐng)日: 2017-01-18
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106830223B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-05-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 嚴(yán)乙銘;謝江舟
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類號(hào): C02F1/469
• 分類號(hào): C02F1/469;C02F5/00
• 代理公司: 北京國(guó)坤專利代理事務(wù)所(普通合伙) 11491
• 代理人: 姜彥

本發(fā)明公開(kāi)了一種活性炭電極及其制備方法和應(yīng)用，按照重量份的原料由20目?300目數(shù)的活性炭30份?90份、導(dǎo)電劑5份?40份、粘土5份?50份、可碳化有機(jī)粘結(jié)劑5份?80份和去離子水5份?30份組成。包括：將活性炭、導(dǎo)電劑與粘土混合均勻，再將可碳化有機(jī)粘結(jié)劑與去離子水加入混合均勻制備漿料；將活性物質(zhì)漿料均勻涂覆在電極基材上，置于60℃?160℃下干燥0.5h?3h；將初步干燥的電極置于抽真空或者氮?dú)獗Ｗo(hù)的氣氛爐中，500℃?1000℃下煅燒0.5h?3h，即得到涂覆好的電極板。本發(fā)明改善了活性炭電極的導(dǎo)電性與耐水性，在電容除鹽中具有極高的實(shí)用價(jià)值；能夠顯著提高活性炭電極的導(dǎo)電性與耐水性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種活性炭電極及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

活性炭電極的制備和應(yīng)用是電容除鹽中的核心技術(shù)，高效能的活性炭電極應(yīng)具有大的比表面積、豐富的中介孔與高導(dǎo)電性等特征。活性炭電極應(yīng)用于電容除鹽一般要長(zhǎng)期浸泡在鹽溶液中，故還必須具有很好的耐水性能，能夠保證長(zhǎng)期使用而活性炭不從集流體上脫落。此外，由于活性炭顆粒本身具有較高的電阻，限制了其在電化學(xué)電容除鹽中的應(yīng)用。因此，針對(duì)電化學(xué)電容除鹽應(yīng)用的活性碳電極的制備，應(yīng)該著力改進(jìn)活性炭顆粒的涂覆和電極制備工藝，以提高活性炭電極的電導(dǎo)率與耐水性。目前，制備活性炭電極常用的粘結(jié)劑包括有機(jī)粘結(jié)劑和無(wú)機(jī)粘結(jié)劑。有機(jī)粘結(jié)劑有聚四氟乙烯、偏聚四氟乙烯、環(huán)氧樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂和改性淀粉等。但是，使用有機(jī)粘結(jié)劑會(huì)堵塞活性炭顆粒的微孔和中介孔，使得活性炭的孔隙利用率下降，從而降低活性炭電極的除鹽效率；有機(jī)粘結(jié)劑還會(huì)使活性炭電極的內(nèi)阻增大，降低電極的電能效率；尤其是，使用有機(jī)粘結(jié)劑時(shí)活性炭顆粒涂覆的量一般為毫克級(jí)別，負(fù)載量太低而遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到應(yīng)用電極的實(shí)際使用標(biāo)準(zhǔn)。在制備漿料攪拌過(guò)程中，有機(jī)粘結(jié)劑會(huì)進(jìn)入到活性炭顆粒的微孔中，進(jìn)而在凝固后，微孔被堵塞導(dǎo)致不能被利用；絕大多數(shù)的有機(jī)粘結(jié)劑是不能夠?qū)щ姷模娮韬艽螅匀粫?huì)增大電機(jī)的內(nèi)阻；利用有機(jī)粘結(jié)劑粘結(jié)活性炭顆粒時(shí)，活性炭顆粒與顆粒之間的縫隙較大，少量的有機(jī)粘結(jié)劑不能使其很好的結(jié)合，而增大有機(jī)粘結(jié)劑會(huì)使活性炭顆粒的性能迅速下降，而且活性炭大顆粒很容易從表面脫落下來(lái)。無(wú)機(jī)粘結(jié)劑有鈉、鉀水玻璃、活性高嶺土、粘土等。無(wú)機(jī)粘結(jié)劑一般具有較大電阻，會(huì)增大活性炭電極的內(nèi)阻，明顯降低電極的電化學(xué)活性；同時(shí)，無(wú)機(jī)粘結(jié)劑很難將活性炭顆粒與集流體基底良好的粘結(jié)；無(wú)機(jī)粘結(jié)劑不能滲入到碳紙或碳布表面，遇水后又容易分解溶于水，導(dǎo)致不能很好的粘結(jié)。而有機(jī)粘結(jié)劑與碳紙或碳布有很好的浸潤(rùn)性，耐水性也遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于無(wú)機(jī)粘結(jié)劑，所以可以很好的粘結(jié)活性炭顆粒與集流體。而且，無(wú)機(jī)粘結(jié)劑耐水性很差，導(dǎo)致活性炭遇水會(huì)發(fā)生從基底上嚴(yán)重脫落。

綜上所述，目前制備活性炭電極使用的粘結(jié)劑存在導(dǎo)電性差和耐水性差的缺陷。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種活性炭電極及其制備方法和應(yīng)用，旨在解決目前制備活性炭電極使用的粘結(jié)劑存在導(dǎo)電性差和耐水性差的問(wèn)題。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種活性炭電極，所述活性炭電極按照重量份的原料由20目-300目數(shù)的活性炭30份-90份、導(dǎo)電劑5份-40份、粘土5份-50份、可碳化有機(jī)粘結(jié)劑5份-80份和去離子水5份-30份組成。

進(jìn)一步，所述導(dǎo)電劑為：乙炔黑、石墨粉、碳納米管、碳纖維中的一種或幾種。

進(jìn)一步，所述黏土為活性高嶺土、硅藻土、麥飯石、多孔氧化鋁中的一種或幾種。

進(jìn)一步，所述可碳化有機(jī)粘結(jié)劑為改性淀粉、聚四氟乙烯、偏聚四氟乙烯、環(huán)氧樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂中的一種或幾種。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種所述活性炭電極的制備方法，所述活性炭電極的制備方法包括以下步驟：

步驟一，將活性炭、導(dǎo)電劑與粘土混合均勻，再將可碳化有機(jī)粘結(jié)劑與去離子水加入混合均勻制備漿料；

步驟二，將活性物質(zhì)漿料均勻涂覆在電極基材上，置于60℃-160℃下干燥0.5h-3h；