银碳电极材料及其制备方法和应用技术

本申请涉及海水淡化技术领域，提供了一种银碳电极材料及其制备方法和应用。所述银碳电极材料包括银颗粒和碳纳米管，且所述银颗粒负载在所述碳纳米管的表面。本申请实施例提供的银碳电极材料可以改善材料的导电性，提高电极的循环稳定性能，从而赋予银碳电极材料作为电极材料的海水淡化电池优异的除盐性能，不仅可以用于淡盐水脱盐，也可以用于苦咸水淡化，具有较大的社会效益和广阔的市场前景。有较大的社会效益和广阔的市场前景。有较大的社会效益和广阔的市场前景。

【技术实现步骤摘要】
银碳电极材料及其制备方法和应用


[0001]本申请属于海水淡化
，尤其涉及一种银碳电极材料及其制备方法，以及银碳电极材料在海水淡化装置中的应用。

技术介绍

[0002]脱盐电池是一种新型的脱盐技术，通过输入电能，在电极表面发生氧化还原反应(法拉第反应)而提取盐溶液中的钠离子和氯离子，达到脱盐淡化之目的。然后再通过放电过程(两电极短接或反向施加电压)释放离子到浓盐水中，同时回收部分能量。
[0003]水资源短缺和水环境的污染是困扰社会可持续发展的重大问题，而海水淡化技术则为解决水资源难题提供了有效的解决方案。在新兴的海水淡化技术中，电容去离子技术(CDI)和混合电容去离子技术(HCDI)由于具有环境友好，能耗低等优点，受到人们的广泛关注。但是，CDI和HCDI受碳材料电极容量低的限制，导致系统的整体除盐容量低。随着技术的发展，人们开发了海水淡化电池。海水淡化电池由钠离子储存/释放电极和氯离子储存/释放电极组成，依靠海水中钠离子和氯离子分别与电极材料进行电化学反应实现海水淡化。海水淡化电池具有CDI和HCDI的优点，同时又具有高除盐容量。因此，海水淡化电池的发展将带来巨大的经济效益以及社会效益。但是，氯储存/释放电极材料的短缺，限制了海水淡化电池的发展。目前常用的氯离子储存/释放电极材料主要是银和铋。铋本身具有毒性，而且电压范围宽，在铋还原即电极再生过程中，动力学缓慢，需要显著的过电位，导致系统在除盐过程中能耗较高。银电极本身成本高，在储氯过程中会生成导电性差的氯化银，导致银电极的循环寿命短。
专利
技术实现思路

[0004]本申请的目的在于提供一种银碳电极材料及其制备方法，以及银碳电极材料在海水淡化装置中的应用，旨在解决现有的Ag电极在储氯过程中生成导电性差的氯化银，导致银电极的循环寿命短的问题。
[0005]为实现上述申请目的，本申请采用的技术方案如下：
[0006]本申请第一方面提供一种银碳电极材料，所述银碳电极材料包括银颗粒和碳纳米管，且所述银颗粒负载在所述碳纳米管的表面。
[0007]优选的，所述银颗粒的粒径为100～150nm。
[0008]优选的，所述银碳电极材料由所述银颗粒和所述碳纳米管组成。
[0009]本申请第二方面提供一种银碳电极材料的制备方法，包括如下步骤：
[0010]将碳纳米管和银盐分散在溶剂中，超声处理，得到混合体系；
[0011]在所述混合体系中加入硼氢化钠水溶液，反应结束后收集沉淀，将得到的沉淀干燥后研磨处理，得到粉体材料；
[0012]将所述粉体材料在温度为200～400℃的条件下退火处理3～8h，制得在碳纳米管表面负载银颗粒的银碳电极材料。
[0013]优选的，所述银盐为硝酸银。
[0014]优选的，所述碳纳米管和所述银盐的质量比为1:2～20。
[0015]优选的，所述硼氢化钠水溶液的浓度为0.5～1.5mol/L。
[0016]优选的，所述干燥的温度为80～160℃，时间为12～16h。
[0017]本申请第三方面提供银碳电极材料在海水淡化装置中的应用。
[0018]优选的，所述应用包括以下步骤：
[0019]将所述银碳电极材料研磨后，与活性炭、聚偏氟乙烯混合得到第一混合物，将所述第一混合物加入N
‑
甲基吡咯烷酮中，搅拌2
‑
6h，获得第一浆料混合物；将所述第一浆料混合物涂抹于碳纸上，在温度为80～120℃的条件下真空干燥8
‑
16h，获得银碳电极片；
[0020]将活性炭和聚四氟乙烯混合制成第二混合物，在所述第二混合物中加入N
‑
甲基吡咯烷酮，搅拌2
‑
6h，获得第二浆料混合物；将所述第二浆料混合物涂抹于碳纸上，在80～120℃真空干燥箱中干燥8
‑
16h，获得活性炭电极片；
[0021]以所述银碳电极片为工作电极，以所述活性炭电极片为对极，以银/氯化银电极为参比电极，固定在电解槽中，以含氯化钠的溶液作为电解质，进行除盐。
[0022]本申请提供的银碳电极材料，银颗粒均匀的负载在碳纳米管表面上，改善了银颗粒的团聚性，碳纳米管的疏松结构和良好的导电性为氯离子在银电极上的嵌入/脱出提供通道，有效改善银电极的吸液能力和循环稳定性。具体的，以银碳电极材料作为电极材料的海水淡化电池除盐时，银碳材料在除盐过程中氯离子捕获能力优异(将制得的银碳材料制备成电极与活性炭电极和银/氯化银电极组成三电极体系，在1mol/L氯化钠溶液中以100mA/g的电流密度对电极进行除盐测试，电极初始除盐量可达243mg/g)；电极极化较小(如电极充电电压平台为0.0343V vs Ag/AgCl，电极放电电压平台为0.015V vs Ag/AgCl)，在除盐应用中能耗较低；而且碳纳米管的一维柔性结构，使其能够直接与活性材料机械混合，提高材料的循环使用寿命，在循环500圈后除盐量仍可保持在65mg/g，库伦效率保持在95％以上。
[0023]综上，本申请提供的银碳电极材料可以改善材料的导电性，提高电极的循环稳定性能，从而赋予银碳电极材料作为电极材料的海水淡化电池优异的除盐性能，不仅可以用于淡盐水脱盐，也可以用于苦咸水淡化，具有较大的社会效益和广阔的市场前景。
[0024]本申请提供的银碳电极材料的制备方法，采用湿化学法将碳纳米管和银盐混合在溶剂中，在还原剂作用下，银盐还原成银颗粒，并分布在碳纳米管表面；将得到的材料干燥后在温度为200～400℃的条件下烧制，得到银碳电极材料。由此得到的银碳材料导电性增强，且银颗粒具有较好的分散性，从而提高了材料的稳定性。此外，该方法银颗粒小，碳源易得，制备简单，能够大规模生产；更重要的是，该方法制备的银碳电极材料用作海水淡化电池的电极材料，制作氯离子储存/释放电极，解决银电极在储氯过程中因生成的氯化银导电性差而循环寿命短的问题。
[0025]本申请提供的银碳电极材料在海水淡化装置中的应用，可以有效提高以银为电极材料的银电极在储氯过程中导电性，提高海水淡化装置的循环寿命。
附图说明
[0026]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述
中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0027]图1是本申请实施例1提供的银碳材料的扫描电镜图；
[0028]图2是本申请实施例1提供的银碳材料电极的CV曲线图；
[0029]图3是本申请实施例1提供的银碳材料电极的充放电曲线图；
[0030]图4是本申请实施例1提供的银碳材料电极的稳定性图。
具体实施方式
[0031]为了使本申请要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种银碳电极材料，其特征在于，所述银碳电极材料包括银颗粒和碳纳米管，且所述银颗粒负载在所述碳纳米管的表面。2.如权利要求1所述的银碳电极材料，其特征在于，所述银颗粒的粒径为100～150nm。3.如权利要求1或2所述的银碳电极材料，其特征在于，所述银碳电极材料由所述银颗粒和所述碳纳米管组成。4.一种银碳电极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将碳纳米管和银盐分散在溶剂中，超声处理，得到混合体系；在所述混合体系中加入硼氢化钠水溶液，反应结束后收集沉淀，将得到的沉淀干燥后研磨处理，得到粉体材料；将所述粉体材料在温度为200～400℃的条件下退火处理3～8h，制得在碳纳米管表面负载银颗粒的银碳电极材料。5.如权利要求4所述的银碳电极材料的制备方法，其特征在于，所述银盐为硝酸银。6.如权利要求4所述的银碳电极材料的制备方法，其特征在于，所述碳纳米管和所述银盐的质量比为1:2～20。7.如权利要求4至6任一项所述的银碳电极材料的制备方法，其特征在于，所述硼氢化钠水溶液的浓度为0.5～1.5mol/L。8.如权利要求4至6任一项所述的银碳电极材料的制备方法，其特征在于，所述干燥的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王文辉，徐东川，李朝林，祝明月，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学深圳，
类型：发明
国别省市：