一种高负载量活性炭电极制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高负载量活性炭电极制备方法，按重量份取活性炭、结晶氯化铝、碳酸钙并均匀混合；按重量份取再加入钠水玻璃与去离子水混合均匀，得到活性物质浆料；将所得的活性物质浆料均匀涂覆在电极基材上，置于50℃‑130℃下干燥2小时；将涂覆后并干燥的电极置于氮气保护的气氛炉中，600℃‑900℃下煅烧3小时；在盐酸溶液中浸泡3小时，之后用水冲洗，干燥，得到高负载量活性炭电极。本发明专利技术所述的电极涂覆方法，采用了无机粘结剂将活性炭涂覆到电极基材上；该方法不仅使得活性炭与电极基材稳定的结合在一起，而且很好的解决了电极制备中活性炭涂覆量太小的问题，使得电极的电化学性能明显提高，可以应用到实际生产当中。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电化学领域，尤其涉及一种高负载量活性炭电极制备方法。
技术介绍
作为电化学装置的重要组成部分，电极的稳定性与电化学性能决定了其在实际应用中的价值。其中，活性炭电极广泛应用于电池、电容器、电化学除盐等装置中。活性炭材料在电极表面涂覆的量决定了电极的电化学性能。所以，如何改进涂覆工艺，增大活性炭材料的涂覆量，得到电化学性能好，稳定性高的活性炭电极具有十分重要的研究意义和应用价值。为得到能够在实际应用中稳定使用的活性炭电极，一般需要将炭材料作为活性物质粘结涂敷在导电的基底表面，要求得到的电极牢固稳定，可长期使用。目前，通常是用聚四氟乙烯、聚偏四氟乙烯等有机粘结剂，通过一定的工艺将活性炭涂敷到铜箔、铝箔、碳纸、碳布等导基底电极表面上。但是，有机粘结剂的使用会增大电极的内阻，从而降低所制备电极的电化学性能；另一方面，有机粘结剂耐高温性能差，无法满足碳电极的后续高温处理；尤其重要的是，使用有机粘结剂，活性炭涂覆的量一般仅为几毫克，载量较低，在实际应用中无法发挥活性炭电极的最大效率，满足不了如电容除盐等实际应用。现有的活性炭电极一般都是利用有机粘结剂通过压覆法、喷涂发制备的，但由于利用有机粘结剂制备出的电极的活性炭负载量小、耐水性差、导电率差等问题，使得活性炭电极一直不能在实际生活中得到应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种高负载量活性炭电极制备方法，旨在解决现有电极制备技术中电极材料涂覆量小，载量较低，在实际应用中无法发挥活性炭电极的最大效率，满足不了如电容除盐等实际应用的问题。本专利技术是这样实现的，一种高负载量活性炭电极，所述高负载量活性炭电极按重量份包括：活性炭60份-90份、钠水玻璃5份-30份、结晶氯化铝5份-15份、碳酸钙1份-10份、去离子水1份-5份。进一步，所述活性炭为20目-300目。本专利技术的另一目的在于提供一种所述高负载量活性炭电极的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：步骤一、按重量份取活性炭、结晶氯化铝、碳酸钙并均匀混合；按重量份取再加入钠水玻璃与去离子水混合均匀，得到活性物质浆料；步骤二、将步骤一所得的活性物质浆料均匀涂覆在电极基材上，置于50℃-130℃下干燥1小时-4小时，得涂覆后的电极；步骤三、将步骤二涂覆后并干燥的电极置于氮气保护的气氛炉中，600℃-900℃下煅烧2小时-4小时，得到涂覆好的电极板；步骤四、在0.5mol/L-2mol/L浓度的盐酸溶液中浸泡0.5小时-3小时，之后用水冲洗，室温下干燥，得到高负载量活性炭电极。进一步，所述的电极基材为：碳纸或碳布。本专利技术的另一目的在于提供一种应用所述高负载量活性炭电极的海水淡化方法。本专利技术的另一目的在于提供一种应用所述高负载量活性炭电极的处理工业废水方法。本专利技术的另一目的在于提供一种应用所述高负载量活性炭电极的净化生活用水方法。本专利技术所述的电极涂覆方法，采用了无机粘结剂将活性炭涂覆到电极基材上。该方法不仅使得活性炭与电极基材稳定的结合在一起，而且很好的解决了电极制备中活性炭涂覆量太小的问题，使得电极的电化学性能明显提高，可以应用到实际生产当中；填料中加入了碳酸钙，用盐酸浸泡后会产生气泡，从而在活性炭层表面产生孔隙，这有利于液体的渗入，改进了活性炭材料因堆叠过于紧密而难与液体接触的现象，使得更多的材料可以在电化学过程中发挥作用，进一步提高了电极的电化学性能。本专利技术的方法简单，操作简单，所有过程都可以实现自动化，可以提高电极制备的时间和效率；利用本专利技术的方法活性炭的涂覆量可以达到40mgcm-2。本专利技术利用无机粘结剂，将活性炭负载量大大的提高，且利用结晶氯化铝与水玻璃之间的反应，很好的解决了耐水性差的问题。由于无机粘结可以耐高温，活性炭在惰性气体保护下高温煅烧后，使得活性炭表面的官能团大量减少，从而极大的提高了活性炭电极的导电率。海水淡化、处理工业废水、净化生活用水等方面目前主要利用反渗透法、电渗析法和离子交换法，但这些方法最大的弊端就是成本较高，如果将本专利技术制备的高负载量活性炭电极应用于这些方面，利用CDI技术，将大大降低水处理的成本。本专利技术实施例1制备出的电极1的循环伏安曲线接近于矩形，说明该电极材料其内阻相对小，且在施加反向电压时充电电流可以迅速达到最大值。并且随着扫描速率的增大，其矩形的面积逐渐变大，且在高扫描速率0.2Vs-1时仍可以保持矩形形状。说明在施加反向电压时，充电电流可以迅速达到最大值，而且在高扫描速度下离子仍然可以在电极材料快速吸附和脱附。本专利技术实施例2制备出的电极2的循环伏安曲线接近于矩形，说明该电极材料其内阻相对小，且在施加反向电压时充电电流可以迅速达到最大值。并且随着扫描速率的增大，其矩形的面积逐渐变大，且在高扫描速率0.2Vs-1时仍可以保持矩形形状。说明在施加反向电压时，充电电流可以迅速达到最大值，而且在高扫描速度下离子仍然可以在电极材料快速吸附和脱附。电极1的循环伏安曲线的纵坐标是电极2的循环伏安曲线的纵坐标的两倍，即电极1的矩形面积要大于电极2的矩形面积，说明电极1的电容更大。涂覆工艺即用涂覆机将浆料涂覆在碳纸表面，当温度升高时水分子重排并对相邻硅醇基之间的缩合起催化作用。进一步加热，残存的水分子促使硅醇基的缩合，而且Si—OH键之间相互脱水缔合，形成Si—O—Si键。这是耐水性极好的三维结构的固化体系。Na+和H+处于三维结构膜的封闭状态中，遇水不溶。Al3+进入硅酸盐结构中有利于增加其胶结强度和耐水性，使得电极具有更好的耐水性与机械强度。利用有机粘结剂制备的活性炭电极没有这一步烧结的过程。技术效果：在惰性气体保护下煅烧活性炭，使得活性炭表面的官能团大大减少，从而减小了电极的电阻，增大了导电率。促进无机粘结剂的进一步粘合，增强电极的机械强度；另一方面与碳酸钙反应，在活性炭电极表面制造孔隙，使得电解液更容易渗入到电极内部，增大了活性炭与电解液的接触面积，使得电化学性能提高。附图说明图1是本专利技术实施例提供的高负载量活性炭电极制备方法流程图。图2是本专利技术实施例提供的实施例1、2的除盐性能图。图3是本专利技术实施例提供的实施例1循环伏安曲线示意图。图4是本专利技术实施例提供的实施例2循环伏安曲线示意图。图5是本专利技术实施例提供的实施例1与实施例2的电极在0.5MNaCl溶液0.05Vs-1扫速下的循环伏安曲线示意图。图6是本专利技术实施例提供的40mgcm-2电极侧面的扫描电镜图像(SEM)示意图。图7是本专利技术实施例提供的40mgcm-2电极侧面的扫描电镜图像(SEM)示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术采用无机粘结剂，使活性炭载量达到100mgcm-2，不脱落，机械稳定性好，电极能够耐高温，经过高温处理活性炭电极的电阻明显降低，该方法制备的活性炭电极在除盐应用优势明显。本专利技术在活性炭不同目数的配比上；使用的钠水玻璃粘结剂、结晶氯化铝、碳酸钙与去离子水的配比上；初步干燥的温度与时间上；高温煅烧的温度与时间上均进行了优化。下面结合附图对本专利技术的应用原理作详细的描述。本专利技术实施例的高负载量活性炭电极，按照重量份的原料包括：20-300目数的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高负载量活性炭电极，其特征在于，所述高负载量活性炭电极按重量份包括：活性炭60份‑90份、钠水玻璃5份‑30份、结晶氯化铝5份‑15份、碳酸钙1份‑10份、去离子水1份‑5份。

【技术特征摘要】
1.一种高负载量活性炭电极，其特征在于，所述高负载量活性炭电极按重量份包括：活性炭60份-90份、钠水玻璃5份-30份、结晶氯化铝5份-15份、碳酸钙1份-10份、去离子水1份-5份。2.如权利要求1所述的高负载量活性炭电极，其特征在于，所述活性炭为20目-300目。3.一种如权利要求1所述高负载量活性炭电极的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：步骤一、按重量份取活性炭、结晶氯化铝、碳酸钙并均匀混合；按重量份取再加入钠水玻璃与去离子水混合均匀，得到活性物质浆料；步骤二、将步骤一所得的活性物质浆料均匀涂覆在电极基材上，置于50℃-130℃下干燥1小时-...

【专利技术属性】
技术研发人员：严乙铭，谢江舟，王朋辉，颜欢，倪伟，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11