[发明专利]一种活性炭电极及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种活性炭电极及其制备方法和应用，按照重量份的原料由20目‑300目数的活性炭30份‑90份、导电剂5份‑40份、粘土5份‑50份、可碳化有机粘结剂5份‑80份和去离子水5份‑30份组成。包括：将活性炭、导电剂与粘土混合均匀，再将可碳化有机粘结剂与去离子水加入混合均匀制备浆料；将活性物质浆料均匀涂覆在电极基材上，置于60℃‑160℃下干燥0.5h‑3h；将初步干燥的电极置于抽真空或者氮气保护的气氛炉中，500℃‑1000℃下煅烧0.5h‑3h，即得到涂覆好的电极板。本发明改善了活性炭电极的导电性与耐水性，在电容除盐中具有极高的实用价值；能够显著提高活性炭电极的导电性与耐水性。

技术领域

本发明属于电化学技术领域，尤其涉及一种活性炭电极及其制备方法和应用。

背景技术

活性炭电极的制备和应用是电容除盐中的核心技术，高效能的活性炭电极应具有大的比表面积、丰富的中介孔与高导电性等特征。活性炭电极应用于电容除盐一般要长期浸泡在盐溶液中，故还必须具有很好的耐水性能，能够保证长期使用而活性炭不从集流体上脱落。此外，由于活性炭颗粒本身具有较高的电阻，限制了其在电化学电容除盐中的应用。因此，针对电化学电容除盐应用的活性碳电极的制备，应该着力改进活性炭颗粒的涂覆和电极制备工艺，以提高活性炭电极的电导率与耐水性。目前，制备活性炭电极常用的粘结剂包括有机粘结剂和无机粘结剂。有机粘结剂有聚四氟乙烯、偏聚四氟乙烯、环氧树脂、酚醛树脂和改性淀粉等。但是，使用有机粘结剂会堵塞活性炭颗粒的微孔和中介孔，使得活性炭的孔隙利用率下降，从而降低活性炭电极的除盐效率；有机粘结剂还会使活性炭电极的内阻增大，降低电极的电能效率；尤其是，使用有机粘结剂时活性炭颗粒涂覆的量一般为毫克级别，负载量太低而远远达不到应用电极的实际使用标准。在制备浆料搅拌过程中，有机粘结剂会进入到活性炭颗粒的微孔中，进而在凝固后，微孔被堵塞导致不能被利用；绝大多数的有机粘结剂是不能够导电的，电阻很大，自然会增大电机的内阻；利用有机粘结剂粘结活性炭颗粒时，活性炭颗粒与颗粒之间的缝隙较大，少量的有机粘结剂不能使其很好的结合，而增大有机粘结剂会使活性炭颗粒的性能迅速下降，而且活性炭大颗粒很容易从表面脱落下来。无机粘结剂有钠、钾水玻璃、活性高岭土、粘土等。无机粘结剂一般具有较大电阻，会增大活性炭电极的内阻，明显降低电极的电化学活性；同时，无机粘结剂很难将活性炭颗粒与集流体基底良好的粘结；无机粘结剂不能渗入到碳纸或碳布表面，遇水后又容易分解溶于水，导致不能很好的粘结。而有机粘结剂与碳纸或碳布有很好的浸润性，耐水性也远远好于无机粘结剂，所以可以很好的粘结活性炭颗粒与集流体。而且，无机粘结剂耐水性很差，导致活性炭遇水会发生从基底上严重脱落。

综上所述，目前制备活性炭电极使用的粘结剂存在导电性差和耐水性差的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种活性炭电极及其制备方法和应用，旨在解决目前制备活性炭电极使用的粘结剂存在导电性差和耐水性差的问题。

本发明是这样实现的，一种活性炭电极，所述活性炭电极按照重量份的原料由20目-300目数的活性炭30份-90份、导电剂5份-40份、粘土5份-50份、可碳化有机粘结剂5份-80份和去离子水5份-30份组成。

进一步，所述导电剂为：乙炔黑、石墨粉、碳纳米管、碳纤维中的一种或几种。

进一步，所述黏土为活性高岭土、硅藻土、麦饭石、多孔氧化铝中的一种或几种。

进一步，所述可碳化有机粘结剂为改性淀粉、聚四氟乙烯、偏聚四氟乙烯、环氧树脂、酚醛树脂中的一种或几种。

本发明的另一目的在于提供一种所述活性炭电极的制备方法，所述活性炭电极的制备方法包括以下步骤：

步骤一，将活性炭、导电剂与粘土混合均匀，再将可碳化有机粘结剂与去离子水加入混合均匀制备浆料；

步骤二，将活性物质浆料均匀涂覆在电极基材上，置于60℃-160℃下干燥0.5h-3h；