[发明专利]电容脱盐电极材料及制备方法、采用该电极材料制备的电极及制备方法和含有该电极的电池

说明书

本发明公开了一种电容脱盐电极材料及其制备方法、采用该电极材料制备的电极及制备方法和含有该电极的电池，用以解决现有技术中电容脱盐电池脱盐量较低的技术问题。包括：电容脱盐电极材料，所述材料为Na_xM_yCo_zO₂，其中，M为Ca、Bi、Mg、Zn、Cu、Fe和Ni中的一种，0.2≤x≤0.7，0.005≤y≤0.5，0.095≤z≤1；制作上述电容脱盐电极材料的方法，包括：水浴反应；加热反应；烧结；脱钠；干燥；采用上述电容脱盐电极材料制备电容脱盐电极的方法，包括：将Na_xM_yCo_zO₂、乙炔黑及聚四氟乙烯乳液涂渍在石墨纸上，烘干，即得到电容脱盐电极的阴极。采用上述电容脱盐电极作为阴极，采用活性炭作为阳极制作的电容脱盐电池。与现有技术相比，本发明提高了脱盐量，降低了能量消耗。

技术领域

本发明涉及电容脱盐电池技术领域，尤其涉及一种电容脱盐电极材料及制备方法、采用该电极材料制备的电极及制备方法和含有该电极的电池。

背景技术

随着人口的快速增长和工业化进程的不断扩大，淡水短缺已经成为对人类威胁最大的问题之一。因此，人类在不断寻找和研究各种能够提供淡水的技术，其中，基于地球拥有大量的海水和苦咸水，海水和苦咸水的淡化成为解决淡水供给的可行选择。在各种水处理技术中，电容脱盐技术，即电容去离子技术(capacitive deionization)，简称CDI技术，是一种从水溶液中脱除可溶性带电离子的新兴技术方法，由于其较低的能耗和环境友好等优点，引起了人们极大的重视。CDI技术，其基本原理是通过对电极施加静电场将海水或苦咸水中的阴、阳离子强制向带有相反电荷的电极处移动并吸附于电极表面形成双电层，从而达到脱盐或去除离子的目的。CDI单元由一对静止(或流动)的多孔电极组成，CDI操作过程主要包括吸附和再生两个过程，原水在施加电压的电极之间流过，阳离子向阴极迁移，阴离子向阳极迁移，离子最终迁移进入电极和电解质溶液界面之间实现有效离子存储；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。

电容脱盐技术的脱盐性能，包括脱盐量、脱盐速率、电荷效率和循环寿命，受电极材料特性、脱盐单元结构设计和操作条件等各种因素的影响，其中，电极材料是最关键的影响因素。现有技术中，多孔碳材料因其廉价易得、稳定的物理化学性能、良好的导电性而成为目前电容脱盐技术中唯一实用化的电极材料；近年来，通过优化传统的静态多孔碳电极(碳纳米管、石墨烯、活性炭)已经实现了15mg/g的脱盐量，但实现海水或高盐水的脱盐仍有很大差距，因此，亟需开发的电极材料及匹配的脱盐电池。

发明内容

为解决现有技术中电容脱盐电池脱盐量较低的技术问题，本发明提供一种电容脱盐电极材料及制备方法、采用该电极材料制备的电极及制备方法和含有该电极的电池。

根据本发明的一个方面，提供了一种电容脱盐电极材料，所述材料为Na_xM_yCo_zO₂，其中M为Ca、Bi、Mg、Zn、Cu、Fe和Ni中的一种，0.2≤x≤0.，0.005≤y≤0.5，0.095≤z≤1。

较佳地，所述M为Ca、Zn、Ni中的一种。

根据本发明的另一方面，还提供了一种电容脱盐电极材料的制备方法，包括以下步骤：

水浴反应：将NaNO₃、M(NO₃)_n、Co(NO₃)₂·6H₂O和柠檬酸充分混合溶于去离子水中进行水浴反应，生成红色凝胶；

加热反应：将水浴反应生成的红色凝胶放入烘箱中加热，继续反应12h；