[發明專利]一種活性炭電極及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201710035762.9
• 申請日: 2017-01-18
• 公開（公告）號: CN106830223B
• 公開（公告）日: 2020-05-05
• 發明（設計）人: 嚴乙銘;謝江舟
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: C02F1/469
• 分類號: C02F1/469;C02F5/00
• 代理公司: 北京國坤專利代理事務所(普通合伙) 11491
• 代理人: 姜彥

本發明公開了一種活性炭電極及其制備方法和應用，按照重量份的原料由20目?300目數的活性炭30份?90份、導電劑5份?40份、粘土5份?50份、可碳化有機粘結劑5份?80份和去離子水5份?30份組成。包括：將活性炭、導電劑與粘土混合均勻，再將可碳化有機粘結劑與去離子水加入混合均勻制備漿料；將活性物質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氣保護的氣氛爐中，500℃?1000℃下煅燒0.5h?3h，即得到涂覆好的電極板。本發明改善了活性炭電極的導電性與耐水性，在電容除鹽中具有極高的實用價值；能夠顯著提高活性炭電極的導電性與耐水性。

技術領域

本發明屬于電化學技術領域，尤其涉及一種活性炭電極及其制備方法和應用。

背景技術

活性炭電極的制備和應用是電容除鹽中的核心技術，高效能的活性炭電極應具有大的比表面積、豐富的中介孔與高導電性等特征。活性炭電極應用于電容除鹽一般要長期浸泡在鹽溶液中，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，限制了其在電化學電容除鹽中的應用。因此，針對電化學電容除鹽應用的活性碳電極的制備，應該著力改進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率與耐水性。目前，制備活性炭電極常用的粘結劑包括有機粘結劑和無機粘結劑。有機粘結劑有聚四氟乙烯、偏聚四氟乙烯、環氧樹脂、酚醛樹脂和改性淀粉等。但是，使用有機粘結劑會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；有機粘結劑還會使活性炭電極的內阻增大，降低電極的電能效率；尤其是，使用有機粘結劑時活性炭顆粒涂覆的量一般為毫克級別，負載量太低而遠遠達不到應用電極的實際使用標準。在制備漿料攪拌過程中，有機粘結劑會進入到活性炭顆粒的微孔中，進而在凝固后，微孔被堵塞導致不能被利用；絕大多數的有機粘結劑是不能夠導電的，電阻很大，自然會增大電機的內阻；利用有機粘結劑粘結活性炭顆粒時，活性炭顆粒與顆粒之間的縫隙較大，少量的有機粘結劑不能使其很好的結合，而增大有機粘結劑會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。無機粘結劑有鈉、鉀水玻璃、活性高嶺土、粘土等。無機粘結劑一般具有較大電阻，會增大活性炭電極的內阻，明顯降低電極的電化學活性；同時，無機粘結劑很難將活性炭顆粒與集流體基底良好的粘結；無機粘結劑不能滲入到碳紙或碳布表面，遇水后又容易分解溶于水，導致不能很好的粘結。而有機粘結劑與碳紙或碳布有很好的浸潤性，耐水性也遠遠好于無機粘結劑，所以可以很好的粘結活性炭顆粒與集流體。而且，無機粘結劑耐水性很差，導致活性炭遇水會發生從基底上嚴重脫落。

綜上所述，目前制備活性炭電極使用的粘結劑存在導電性差和耐水性差的缺陷。

發明內容

本發明的目的在于提供一種活性炭電極及其制備方法和應用，旨在解決目前制備活性炭電極使用的粘結劑存在導電性差和耐水性差的問題。

本發明是這樣實現的，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目數的活性炭30份-90份、導電劑5份-40份、粘土5份-50份、可碳化有機粘結劑5份-80份和去離子水5份-30份組成。

進一步，所述導電劑為：乙炔黑、石墨粉、碳納米管、碳纖維中的一種或幾種。

進一步，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。

進一步，所述可碳化有機粘結劑為改性淀粉、聚四氟乙烯、偏聚四氟乙烯、環氧樹脂、酚醛樹脂中的一種或幾種。

本發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、導電劑與粘土混合均勻，再將可碳化有機粘結劑與去離子水加入混合均勻制備漿料；

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