双极性电极和超级电容器脱盐装置以及制造方法制造方法及图纸

一种双极性电极，其包含含有一种或多种碳材料的中间层。双极性电极进一步包含布置在中间层对立表面上的第一和第二层，它们被设置起阳极和阴极作用。第一和第二层包含一种或多种导电碳材料和一种或多种导电聚合物中的至少一种。还提出了超级电容器脱盐装置和用于制备该双极性电极的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】公开背景本专利技术主要涉及电极和使用电极的超级电容器脱盐装置，以及用于制造电极和超级电容器脱盐(SCD)装置的方法。更特别地，本专利技术涉及双极性电极和使用双极性电极的超级电容器脱盐装置，以及制造双极性电极和SCD装置的方法。SCD装置通常是指用于海水的脱盐或其他微咸水的去离子化的超级电容器，以将盐的量减少到家庭和工业用途可允许的水平。通常，超级电容器单元(cell)具有双层结构，其中双极性电极对通常包含被多微孔、电子绝缘的离子传导性间隔物元件分隔的颗粒活性碳，包含均勻分散的电解质组分。典型的超级电容器单元结构进一步包含与相应电极紧密接触的导电集流体元件。对于某些应用，一些用于脱盐的超级电容器单元堆叠在一起以形成S⑶装置。由于每个这样的超级电容器单元包括电极对和与相应的单独电极接触的导电集流体元件对， 组装这样的SCD装置是复杂的，且制造这样的SCD装置的成本可能是高的。因此，存在对新型及改进的电极和使用电极的超级电容器脱盐装置及其制造方法的需求。公开概述本专利技术的一个实施方案提供双极性电极。双极性电极包含含有一种或多种碳材料的中间层。双极性电极进一步包括布置在中间层的对立表面上且被设置为起阳极和阴极作用的第一层和第二层。第一和第二层包含一种或多种导电碳材料和一种或多种导电聚合物中的至少一种。本专利技术的另一实施方案提供超级电容器脱盐装置。超级电容器脱盐装置包含第一电极、第二电极，以及布置在第一和第二电极之间的一个或多个双极性电极。第一和第二电极以及一个或多个双极性电极被设置以在充电状态吸附离子并在放电状态解吸附离子。另外，超级电容器脱盐装置包含布置在每对相邻电极之间的一个或多个电子绝缘和离子传导性间隔物、被设置以与第一电极接触的第一集流体，和被设置以与第二电极接触的第二集流体。本专利技术的又一实施方案提供制造双极性电极的方法。方法包含提供并搅拌混合物，所述混合物包含一种或多种碳材料以及一种或多种导电聚合物中的至少一种和溶剂， 以形成一种或多种碳材料和一种或多种导电聚合物中的至少一种在溶剂中的分散体，向分散体中加入至少一种粘合剂以提供产物混合物并搅拌产物混合物，处理产物混合物以形成多个电极片，和将电极片附着在中间层的对立表面上。由以下结合附图提供的本专利技术优选实施方案的详细描述，这些和其他优点和特征将得到更多的理解。附图简述附图说明图1是本专利技术的一个实施方案的超级电容器脱盐装置的示意图；图2是本专利技术的一个实施方案的双极性电极的示意图；图3是示意性说明制备本专利技术的一个实施方案的双极性电极的流程图4是本专利技术的另一实施方案的超级电容器脱盐装置的示意图；和图5是本专利技术的一个实施方案的超级电容器的示意图。专利技术详述本公开的优选实施方案将在以下参考附图进行描述。在以下描述中，熟知的功能或结构没有被详细地描述，以避免在不必要的细节上使本公开不清楚。图1是本专利技术的一个实施方案的超级电容器脱盐(S⑶)装置10的示意图。在本专利技术的实施方案中，SCD装置10用于海水的脱盐或其他微咸水的去离子化，以将盐的量减少到家庭和工业用途可允许的水平。另外，S⑶装置10可从液体(诸如来自于农业、工业或市政过程的废水或废液)中去除或减少其他荷电或离子杂质。对于图1中描绘的实例排列，S⑶装置10包含第一集流体11、第二集流体12、第一电极13、第二电极14、双极性电极15和一对间隔物16。第一和第二电极13和14分别与第一和第二集流体11和12紧密接触。双极性电极15布置在第一和第二电极13和14之间。两个间隔物16分别布置在第一电极13和双极性电极15之间，以及双极性电极15和第二电极14之间。在某些实施方案中，集流体11和12可被设置为板、网、箔或片，且由金属或金属合金形成。金属可包括例如钛、钼、铱或铑。金属合金可包括例如不锈钢。在其他实施方案中， 集流体11和12可包含石墨或塑性材料诸如聚烯烃，聚烯烃可包括聚乙烯。在某些应用中， 塑性集流体11和12可与导电炭黑或金属颗粒混合，以获得一定水平的导电性。对于图1中的实例实施方案，第一和第二电极13和14以及双极性电极15为板的形式，它们互相平行布置以形成堆叠结构。在某些实施方案中，电极13、14和15可具有不同的形状，诸如片、块或圆柱。另外，这些电极可以不同的构型排列。例如，第一和第二电极以及双极性电极可同轴布置，其间有螺旋形和连续的空间。在某些应用中，第一和第二电极13和14可包括导电材料，其可以是或可以不是导热的，且可具有较小尺寸和大表面积的颗粒。在某些实例中，导电材料可包括一种或多种碳材料。碳材料的非限制性实例包括活性碳颗粒、多孔碳颗粒、碳纤维、碳气凝胶、多孔中间碳微珠或其组合。在其他实例中，导电材料可包括导电复合物，诸如锰或铁的氧化物或两者， 或钛、锆、钒、钨的碳化物，或其组合。在某些实施方案中，通过使用一种或多种沉积技术，诸如溅射、喷雾、旋涂、压延或印刷，可将电极13和14的导电材料沉积在集流体11和12上。另外，间隔物16可包含任何离子可渗透的非导电材料，包括膜、多孔和非多孔材料，以分隔第一电极13和双极性电极15，以及分隔第二电极14和双极性电极15。在非限制性实例中，间隔物16可具有空间或它们本身为这种空间，以在第一电极13和双极性电极 15之间以及在第二电极14和双极性电极15之间形成脱盐液体通过的流动通道。在某些应用中，如图1所描绘的，第一和第二集流体11和12可分别与电源(未显示)的正极和负极端子连接。由于第一和第二电极13和14与第一和第二集流体11和12 接触，第一和第二电极13和14可分别起阳极和阴极作用。因此，双极性电极15与第一电极13相邻的一面17可起阴极作用，双极性电极15与一面17相反且与第二电极14相邻的另一面18可起阳极作用。在某些实例中，双极性电极15可导电并防止离子渗透。另外，在某些排列中，可采用液体源(未显示)提供通过S⑶装置10脱盐的输入液体(如图1中的箭头19所示)。因此，在充电状态期间，当来自于液体源的具有荷电物质的输入液体19(诸如氯化钠溶液)通过第一电极13和双极性电极15之间以及第二电极 14和双极性电极15之间时，阳离子向双极性电极15的面17和阴极14移动，阴离子向阳极 13和双极性电极15的面17移动。作为SCD装置10内部电荷积累的结果，输出流(如图1 中的箭头100所示)，其为从SCD装置10出来的稀释液体，荷电物质浓度低于输入液体。在某些实施方案中，稀释液体也可进料通过另一 SCD装置而再次经受去离子化。在放电状态期间，吸附的离子从第一和第二电极13和14以及双极性电极15的表面分离。在某些应用中，在该状态下，第一和第二电极13和14的极性可被反转，使得在充电状态吸附的离子向反转的极移动，结果是，输出流的荷电物质浓度可比输入液体高。在其他应用中，在放电状态中荷电物质中的阴离子和阳离子可被吸附到相应电极，且在双极性电极15的充电状态中从相应电极分离。应注意图1的例示性排列仅是说明性的。在某些应用中，第一和第二电极13和14 可分别起阴极和阳极作用。因此，双极性电极15与第一电极13相邻的面17可起阳极作用， 双极性电极15与面17相反且与第二电极14相邻的另一面18可起阴极作用。图2是本专利技术的一个实施方案的双极性电极15的示本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑立平，杨海，蔡巍，刘建允，邓志刚，刘辉，陈林，喻献国，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：