TWI536414B - 雙極電極與超電容除鹽裝置及製造方法 - Google Patents
雙極電極與超電容除鹽裝置及製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- TWI536414B TWI536414B TW099124765A TW99124765A TWI536414B TW I536414 B TWI536414 B TW I536414B TW 099124765 A TW099124765 A TW 099124765A TW 99124765 A TW99124765 A TW 99124765A TW I536414 B TWI536414 B TW I536414B
- Authority
- TW
- Taiwan
- Prior art keywords
- group
- carbon
- electrode
- layer
- combinations
- Prior art date
Links
- 238000010612 desalination reaction Methods 0.000 title claims description 25
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 19
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 6
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 94
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 45
- -1 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 claims description 32
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 31
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 claims description 25
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 23
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 20
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 16
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 claims description 16
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 claims description 16
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 15
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims description 14
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 claims description 13
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 claims description 13
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 claims description 13
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 claims description 12
- 125000003277 amino group Chemical group 0.000 claims description 12
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 claims description 12
- 238000003490 calendering Methods 0.000 claims description 11
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 claims description 11
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 claims description 11
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 claims description 11
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 claims description 11
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 claims description 10
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 claims description 10
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 10
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 claims description 10
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 claims description 9
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 239000012790 adhesive layer Substances 0.000 claims description 8
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 8
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 claims description 7
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 claims description 7
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims description 6
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 6
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 6
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims description 6
- 239000004966 Carbon aerogel Substances 0.000 claims description 5
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 claims description 5
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 claims description 5
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229920006254 polymer film Polymers 0.000 claims description 5
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 5
- NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N Ammonia chloride Chemical compound [NH4+].[Cl-] NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L Calcium carbonate Chemical compound [Ca+2].[O-]C([O-])=O VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 4
- WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M Potassium chloride Chemical compound [Cl-].[K+] WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 4
- JUJWROOIHBZHMG-UHFFFAOYSA-N Pyridine Chemical group C1=CC=NC=C1 JUJWROOIHBZHMG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L Sodium Carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 4
- 125000002843 carboxylic acid group Chemical group 0.000 claims description 4
- 239000002931 mesocarbon microbead Substances 0.000 claims description 4
- 125000002467 phosphate group Chemical group [H]OP(=O)(O[H])O[*] 0.000 claims description 4
- 229920000767 polyaniline Polymers 0.000 claims description 4
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 4
- 229920000128 polypyrrole Polymers 0.000 claims description 4
- BWHMMNNQKKPAPP-UHFFFAOYSA-L potassium carbonate Chemical compound [K+].[K+].[O-]C([O-])=O BWHMMNNQKKPAPP-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 4
- 150000003141 primary amines Chemical class 0.000 claims description 4
- 150000003335 secondary amines Chemical class 0.000 claims description 4
- 125000000542 sulfonic acid group Chemical group 0.000 claims description 4
- ATRRKUHOCOJYRX-UHFFFAOYSA-N Ammonium bicarbonate Chemical compound [NH4+].OC([O-])=O ATRRKUHOCOJYRX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 150000003512 tertiary amines Chemical class 0.000 claims description 3
- UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L Calcium chloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Ca+2] UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 2
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000001099 ammonium carbonate Substances 0.000 claims description 2
- 235000012501 ammonium carbonate Nutrition 0.000 claims description 2
- 235000019270 ammonium chloride Nutrition 0.000 claims description 2
- 229910000019 calcium carbonate Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000001110 calcium chloride Substances 0.000 claims description 2
- 229910001628 calcium chloride Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 2
- 229910000027 potassium carbonate Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000001103 potassium chloride Substances 0.000 claims description 2
- 235000011164 potassium chloride Nutrition 0.000 claims description 2
- 229910000029 sodium carbonate Inorganic materials 0.000 claims description 2
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 claims 4
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 claims 4
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- WSLDOOZREJYCGB-UHFFFAOYSA-N 1,2-Dichloroethane Chemical group ClCCCl WSLDOOZREJYCGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O Ammonium Chemical compound [NH4+] QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O 0.000 claims 1
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-M Bicarbonate Chemical compound OC([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims 1
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 claims 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 claims 1
- 239000011325 microbead Substances 0.000 claims 1
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 claims 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 14
- 239000010408 film Substances 0.000 description 7
- 239000002134 carbon nanofiber Substances 0.000 description 3
- 238000011033 desalting Methods 0.000 description 3
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 3
- 239000000839 emulsion Substances 0.000 description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011530 conductive current collector Substances 0.000 description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 2
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 2
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 2
- 239000013535 sea water Substances 0.000 description 2
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 2
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 2
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 2
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N Ruthenium Chemical compound [Ru] KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000002457 bidirectional effect Effects 0.000 description 1
- 235000010216 calcium carbonate Nutrition 0.000 description 1
- 235000011148 calcium chloride Nutrition 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000002242 deionisation method Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 1
- 239000012895 dilution Substances 0.000 description 1
- 238000010494 dissociation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005593 dissociations Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 1
- 125000005678 ethenylene group Chemical group [H]C([*:1])=C([H])[*:2] 0.000 description 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004816 latex Substances 0.000 description 1
- 229920000126 latex Polymers 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 1
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 description 1
- 239000012811 non-conductive material Substances 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920000098 polyolefin Polymers 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 235000011181 potassium carbonates Nutrition 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 229910052703 rhodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010948 rhodium Substances 0.000 description 1
- MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N rhodium atom Chemical compound [Rh] MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000017550 sodium carbonate Nutrition 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 1
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/22—Electrodes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
- C02F1/461—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis
- C02F1/46104—Devices therefor; Their operating or servicing
- C02F1/46109—Electrodes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
- C02F1/461—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B11/00—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/22—Electrodes
- H01G11/26—Electrodes characterised by their structure, e.g. multi-layered, porosity or surface features
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/22—Electrodes
- H01G11/30—Electrodes characterised by their material
- H01G11/32—Carbon-based
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/22—Electrodes
- H01G11/30—Electrodes characterised by their material
- H01G11/32—Carbon-based
- H01G11/38—Carbon pastes or blends; Binders or additives therein
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/22—Electrodes
- H01G11/30—Electrodes characterised by their material
- H01G11/48—Conductive polymers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
- H01G9/004—Details
- H01G9/04—Electrodes or formation of dielectric layers thereon
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
- C02F1/461—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis
- C02F1/46104—Devices therefor; Their operating or servicing
- C02F1/46109—Electrodes
- C02F2001/46128—Bipolar electrodes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
- C02F1/461—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis
- C02F1/46104—Devices therefor; Their operating or servicing
- C02F1/46109—Electrodes
- C02F2001/46133—Electrodes characterised by the material
- C02F2001/46138—Electrodes comprising a substrate and a coating
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
- C02F1/461—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis
- C02F1/46104—Devices therefor; Their operating or servicing
- C02F1/46109—Electrodes
- C02F2001/46152—Electrodes characterised by the shape or form
- C02F2001/46157—Perforated or foraminous electrodes
- C02F2001/46161—Porous electrodes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2103/00—Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated
- C02F2103/08—Seawater, e.g. for desalination
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2201/00—Apparatus for treatment of water, waste water or sewage
- C02F2201/46—Apparatus for electrochemical processes
- C02F2201/461—Electrolysis apparatus
- C02F2201/46105—Details relating to the electrolytic devices
- C02F2201/46115—Electrolytic cell with membranes or diaphragms
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/13—Energy storage using capacitors
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T156/00—Adhesive bonding and miscellaneous chemical manufacture
- Y10T156/10—Methods of surface bonding and/or assembly therefor
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Water Treatment By Electricity Or Magnetism (AREA)
- Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
Description
本發明大體上係關於電極及使用該等電極之超電容除鹽裝置、及製造該等電極及超電容除鹽裝置(SCD)之方法。更特定而言，本發明係關於雙極電極及使用該雙極電極之超電容除鹽裝置、及製造該雙極電極及該SCD裝置之方法。
SCD裝置一般意指用於海水除鹽或其他苦鹹水去離子化以將鹽含量減少至家庭及工業使用之允許程度之超電容。一般而言，超電容電池具有雙層結構，其中藉由微孔、電子絕緣、導離子性之間隔物元件(包括均勻分散之電解液組分)隔離通常包括微粒活性碳之一對電極。該典型超電容電池之構造進一步包括與各電極密切接觸之導電性集流器元件。
就某些應用而言，將用於除鹽之一些超電容電池聚集在一起以形成SCD裝置。由於該等超電容電池各自包含一對電極及一對與該等各自獨立之電極接觸之導電性集流器元件，因此該SCD裝置裝配複雜，且製造該SCD裝置成本高昂。
因此，需要新穎及改良之電極及使用該電極之超電容除鹽裝置，及製造其等之方法。
根據本發明之實施例提供雙極電極。該雙極電極包括中間層，其包括一種或更多種碳材料。該雙極電極進一步包含置於該中間層之相對表面且經架構作為陽極與陰極之第一層及第二層。該第一及第二層包括一種或多種導電性碳材料及一種或更多種導電聚合物中之至少一種。
根據本發明之另一實施例提供超電容除鹽裝置。該超電容除鹽裝置包括第一電極、第二電極、及位於該第一與第二電極之間之一個或多個雙極電極。將該第一與第二電極、及該一個或多個雙極電極架構成在充電狀態下吸附離子並在放電狀態下解吸附離子。另外，該超電容除鹽裝置包括位於各對相鄰電極之間之一個或多個電子絕緣及導離子性間隔物、架構為與第一電極接觸之第一集流器、及架構為與第二電極接觸之第二集流器。
根據本發明之又一實施例提供製造雙極電極之方法。該方法包括提供並攪拌包括溶劑及一種或多種碳材料及一種或多種導電聚合物中之至少一種之混合物，以形成該一種或多種碳材料及該一種或多種導電聚合物中之該至少一種於該溶劑中之分散液；在該分散液中添加至少一種黏合物以提供所得混合物並攪拌該所得混合物；加工該所得混合物以形成複數個電極片；及將該電極片貼附於中間層之相對表面上。
自與該等附圖聯合提供之本發明之較佳實施例之以下詳細描述可更加瞭解該等及其他優點與特徵。
下文將引用該等附圖描述本發明揭示內容之較佳實施例。在以下描述中，未詳細描述熟知之功能及結構以避免本揭示內容不必要的難以理解。
圖1係根據本發明之實施例之超電容除鹽(SCD)裝置10之示意圖。在本發明之實施例中，將該SCD裝置10用於海水除鹽或其他苦鹹水之去離化以將鹽含量減少至家庭及工業使用之允許程度。另外，該SCD裝置10可自液體(例如自農業、工業或都市進展之廢水或流出物)移除或減少其他帶電或離子雜質。
就圖1描述之實例配置而言，該SCD裝置10包括第一集流器11、第二集流器12、第一電極13、第二電極14、雙極電極15、及一對間隔物16。該第一及第二電極13及14分別與該第一及第二集流器11及12密切接觸。該雙極電極15係位於該第一及第二電極13及14之間。該兩個間隔物16分別位於該第一電極13與該雙極電極15之間、及該雙極電極15與該第二電極14之間。
在某些實施例中，可將該等集流器11與12架構為板狀、網狀、箔片、或薄片並以金屬或金屬合金形成。該金屬可包含例如鈦、鉑、銥、或銠。該等金屬合金可包含例如不鏽鋼。在其他實施例中，該等集流器11及12可包括石墨或塑性材料，例如聚烯烴，其可包含聚乙烯。在某些應用中，該塑性集流器11及12可與導電碳黑或金屬微粒混合以達到某程度之導電率。
就圖1之示例性實施例而言，該第一及第二電極13及14、及該雙極電極15係呈相互平行配置之板狀形式以形成堆疊結構。在某些實施例中，該等電極13、14及15可具有多種形狀，例如薄片狀、塊狀或圓柱狀。另外，可以多種構造配置該等電極。例如，可以其間具有螺旋且連續之間隔同心地配置該第一及第二電極、與該雙極電極。
在某些應用中，該第一及第二電極13及14可包含導電性材料，其可或不可導熱，且其可含有具有較小尺寸及較大表面積之顆粒。在某些實例中，該導電性材料可包含一種或多種碳材料。該等碳材料之非限制實例包含活性碳顆粒、多孔碳顆粒、碳纖維、碳氣凝膠、多孔中間相碳微珠、或其組合。在其他實例中，該等導電性材料可包含導電複合物，例如錳或鐵之氧化物或兩者；或鈦、鋯、釩、鎢之碳化物；或其組合。在某些實施例中，藉由利用一種或多種沉積技術(例如濺射、噴霧、旋轉塗層、壓延或印刷)將該電極13及14之導電性材料沉積在該集流器11及12上。
另外，該等間隔物16可包括離子可滲透、非導電材料(包含薄膜及多孔及非多孔材料)以隔離該第一電極13與該雙極電極15、該第二電極14與該雙極電極15。在非限制實例中，該等間隔物16可具有或其本身可為間隔以形成液流通路，經由該通路使用於除鹽之液體通過該第一電極13與該雙極電極15之間、及該第二電極14與該雙極電極15之間。
在某些應用中，如圖1描述，該第一及第二集流器11及12可各自與電源(未顯示)之正極及負極端連接。由於該第一及第二電極13及14與該第一及第二集流器11及12接觸，因此該第一及第二電極13及14可分別作為陽極及陰極。據此，鄰近該第一電極13之該雙極電極15之一面17可作為陰極功能且與該面17相對並鄰近該第二電極14之該雙極電極15之另一面18可作為陽極功能。在某些實例中，該雙極電極15可導電並避免離子滲透。
另外，在某些配置中，可利用液體源(未顯示)以提供輸入液體(如圖1之箭頭19所指示)供透過該SCD裝置10除鹽。因此，在充電狀態期間，當來自該液體源之具有帶電物種之輸入液體19(例如氯化鈉溶液)通過該第一電極13與該雙極電極15之間、該第二電極14與該雙極電極15之間時，陽離子朝該雙極電極15之該面17及該陽極14移動，陰離子朝該陰極13及該雙極電極15之該面18移動。由於該SCD裝置10內部之該電荷累積，自該SCD裝置10流出之稀釋液體的輸出流(如圖1之箭頭100所指示)具有比該輸入液體更低之帶電物種濃度。在某些實施例中，藉由饋經另一SCD裝置可使該稀釋液體再次進行去離子化。
在放電狀態期間，該等吸附離子自該等第一及第二電極13及14、與該雙極電極15之該等表面解離。在某些應用中，在此狀態中，該等第一及第二電極13及14之該等極性可逆轉因而在充電狀態吸附之該等吸附離子朝相反極性移動，因此，該輸出流比該輸入液體具有更高之帶電物種濃度。
在其他應用中，該等帶電物種之該等陰離子及陽離子可在放電狀態被該等各電極吸附且在該雙極電極15之充電狀態自該等各電極解離。
應注意圖1之該示例性配置僅具說明作用。在某些應用中，該第一及第二電極13及14可分別作為陰極及陽極。據此，鄰近該第一電極13之該雙極電極15之面17可作為陽極功能且與該面17相反並鄰近該第二電極14之該雙極電極15之另一面18可作為陰極功能。
圖2係根據本發明一實施例之雙極電極15之示意圖。就該實例配置而言，該雙極電極15包括中間層20、及在該中間層20之相對表面(未標示)上配置之第一及第二層21及22。
在某些實施例中，該中間層20可為電子傳導性並非離子傳導性。在某些實例中，該中間層20可包含一種或多種碳材料，例如碳黑及石墨。在其他實例中，該中間層20可進一步包括聚合物，例如欲被碳材料散佈之聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚(二氯亞乙烯)(PVC)、及其組合。
在某些應用中，該中間層20可呈薄膜形式。應注意該術語「薄膜」可與「層」、「薄片」、「板」、或「切片」之意思相似，且不表示該材料之特定厚度。在非限制實施例中，該中間層20可包括石墨薄膜。在某些實例應用中，該中間層20可包括由Saint Paul,Minnesota之3M出售之商標名為3M 1704之導電薄膜。或者，該中間層20可包括由South Hadley,Massachusetts之Intelicoat出售之商標名為Intelicoat 2252之薄膜。
在某些實施例中，該第一及第二層21及22可作為電陰性層及電陽性層因而分別作為陽極及陰極。或者，該第一及第二層21及22可作為電陽性層及電陰性層因而分別作為陰極及陽極。該第一及第二層21及22可包括相同或不同材料。在非限制實例中，該第一及第二層可包括包含一種或多種碳材料及一種或多種導電聚合物中之至少一種之電子導電性材料。該一種或多種碳材料可包括活性碳顆粒、多孔碳顆粒、碳纖維、碳氣凝膠、多孔中間相碳微珠、及其組合。該一種或多種導電聚合物可包括聚苯胺、聚吡咯、及其組合。在某些實例中，該第一及第二層21及22可進一步包括其他材料，例如包含(但不限制)聚四氟乙烯(PTEE)之添加劑。
在某些實例中，該雙極電極15可進一步包括沉積於該第一層21與該中間層20之間、及該第二層22與該中間層20之間之一對黏合劑層(未顯示)以使該等第一及第二層穩固地貼附於該中間層20上。或者，可不設有該等黏合劑層。在某些實施例中，該等黏合劑層可包括以石墨為主之聚合物薄膜、以碳黑為主之聚合物薄膜、導電石墨黏合劑、及碳黑黏合劑中之至少一種。藉由利用一種或多種沉積技術(例如濺射、噴霧、或旋轉塗層)可將該等黏合劑層設於該中間層20之兩個相對表面(未標示)。
就某些配置而言，可提供一對補強層23以補強該雙極電極15之機械性能。可將該等補強層23設於該第一及第二層21及22上及/或其中。在非限制實例中，該等補強層23可包括一種或多種包含聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚(二氯亞乙烯)(PVC)、及其組合之聚合物。該等PET層可具有網狀結構或其他形狀。在某些應用中，亦可將該等PET層用於該第一及第二電極13及14。
在某些應用中，該SCD裝置10可進一步包括一種或多種離子選擇性材料(未顯示)(例如貼附於及/或延伸至該等各電極13、14、及15之陽離子及陰離子選擇性材料)以促進該等離子之傳遞。在非限制實施例中，該等陽離子選擇性材料可包括胺基、吡啶鎓基、或其組合。在某些實例中，該胺基可包括一級胺、二級胺、三級胺、及/或四級胺。該等陰離子選擇性材料可包括磺酸基、羧酸基、磷酸酯基、或其組合。
圖3係簡要闡述製備根據本發明之一實施例之該雙極電極15之流程圖。如圖2所示，在步驟30中，提供並攪拌第一溶劑與一種或多種碳材料及一種或多種導電聚合物中之至少一種之混合物以形成該等碳粒子於該第一溶劑中之分散液。在某些應用中，該溶劑可包括去離子水、乙醇、或任意其他適宜溶劑。在步驟31中，將包含(但非限制)非纖維化之PTFE乳液之至少一種黏合劑添加於上述混合物中並混合以提供所得混合物直至已使至少部份該PTFE纖維化。隨後混合並乾燥該所得混合物。
在步驟32中，將該所得混合物加入第二溶劑中以形成混合糊狀物。隨後加工(例如乾燥及壓延)該混合糊狀物以形成壓延薄片。在某些實例中，可不利用該步驟31之乾燥該混合之所得混合物之方法，因而可直接自該所得混合物形成該步驟32之該混合糊狀物。在步驟33中，將該壓延薄片形成為具有希望尺寸及形狀之複數個電極片，並將該等電極片壓製於電子傳導薄膜之兩個相對表面上以形成該雙極電極15。
在某些實例中，在步驟31中，可將氣生碳纖維(VGCF)及/或導電碳黑添加至該等碳材料及該第一溶劑之混合物中以改良該形成之雙極電極15之導電性。或者，可不使用該VGCF及該碳黑。在另一非限制實例中，該導電碳黑可包括由瑞士之Timcal Graphite & Carbon出售之商標名為SUPER P之碳黑。
在步驟32中，可將一種或多種微孔形成劑(例如氯化鈉粉末)與該乾燥之所得混合物混合，並隨後將該第二溶劑添加於該氯化鈉微孔形成劑與該乾燥之所得混合物之混合物中以形成混合糊狀物，以改良該形成之雙極電極15之多孔性。在某些實例中，可不將該氯化鈉微孔形成劑添加於該組合混合物中，且該第一溶劑可與該第二溶劑不同或相同。在非限制實例中，在步驟33中，可提供該黏合劑層及/或該等離子選擇性元件與該等電極片以形成該雙極電極15。
在某些實例中，該微孔形成劑可包括其他材料，如氯化銨、氯化鉀、氯化鈣、碳酸鈉、碳酸鉀、碳酸鈣、碳酸銨、酸式碳酸銨、氧化鈦、氧化鋅、或其組合。
或者，在某些應用中，亦可將該等電極片分別置於該集流器11及12上以形成該第一及第二電極13及14。
現描述製備該雙極電極15之非限制實例。
使800 g之活性碳顆粒、16 g之VGCF、40 g之SUPER P導電碳黑、及3500 ml之去離子水混合並攪拌約15分鐘，以形成該等活性碳顆粒之去離子水中之分散液。將53 g之60%(w/w)PTFE乳膠添加於60 ml之去離子水供稀釋以形成非纖維化之PTFE乳液，並隨後將該非纖維化之PTFE乳液添加於上述混合物中並一起攪拌約4小時因而形成所得混合物直至使至少部份該PTFE纖維化。
隨後在約100-130℃之溫度下使該所得混合物乾燥約48小時以上。接著，就簡單製備而言，稱量約200 g之該所得混合物並與60 g之該氯化鈉粉末及一升乙醇混合約5分鐘以形成液體混合物。在約60℃之溫度下乾燥該液體混合物因而形成稱重約650 g之混合糊狀物。
接著，壓延該混合糊狀物以形成壓延薄片。就壓延而言，使用具有兩個滾軸之壓延機(未顯示)。將該等兩個滾軸之間之距離設定為約4 mm，使該混合糊狀物穿過該等滾軸以形成薄片，並隨後對折該薄片並再插入該壓延機約3至5小時。之後，在某些應用中，可將該等兩個滾軸之間之距離設定為約3.5 mm、3.0 mm、2.5 mm、2.0 mm、1.5 mm、1.0 mm、及0.75 mm隨後壓延該薄片，因而形成該壓延薄片。
隨後，將該壓延薄片成型為具有希望尺寸及形狀之複數個電極片，並在約40℃之溫度下使該等電極片乾燥約半小時。在某些應用中，可不乾燥該等電極片。之後，將該等電極片浸入去離子水中約3小時，以自該等電極片再溶解並移除該氯化鈉。接著，將該等電極片在約45℃溫度下之通風烘箱(未顯示)中放置約3小時以移除水分。
最後，在約15 Mpa之壓力下將該中間導電薄膜、該等電極片、及該等PET層壓製在一起約40秒以形成該雙極電極15，如圖2所描述。在非限制實例中，該電極片可重約25-30 g，並具有約0.8 mm之厚度。該雙極電極15可重約55-60 g，並具有約1.6 mm之厚度。
在某些實例中，亦將該黏合劑層及/或離子選擇性材料壓製於該雙極電極15中。另外，就某些配置而言，可在約15 Mpa之壓力下在Ti-網狀物上將該等電極片壓製約40秒，以形成該第一及第二電極13及14。或者，除了所製備之電極片以外，亦可藉由其他材料形成該第一及第二電極13及14。
應注意該描述之實例僅係示例性。可改變該描述實例中之該等步驟之順序，例如，在將該等壓延薄片成型為複數個電極片之前可移除該氯化鈉。另外，包含(但非限於)該等添加並移除該氯化鈉之有些步驟可能非絕對必要。
因此，如圖1所描述，該SCD裝置10之裝配製程之實例包括提供該第一及第二電極11及12、提供第一及第二集流器13及14以接觸該等各別電極11及12、將該雙極電極15放置於該第一及第二電極11及12之間、及將該等間隔物16放置於該兩個鄰近電極之間。在非限制實例中，可改變該實例製程之該等步驟之順序，且該製程可進一步包括其他步驟，例如，將PET層壓製於該第一及第二電極11及12上。
就某些配置而言，該SCD裝置10可包括一個以上之雙極電極15且可呈堆疊形式用以使相對大量之液體除鹽。圖4係該堆疊SCD裝置10之示意圖。圖1及4中之相同數字可表示類似元件。就該示例性配置而言，該SCD裝置包括第一集流器11、第二集流器12、附貼於該第一集流器11上之第一電極13、附貼於該第二集流器12上之第二電極14、置於該第一及第二電極13及14之間之多個雙極電極15、及置於各該對相鄰電極之間之多個間隔物16。
在某些實例應用中，該SCD裝置10可使用作為能量儲備之超電容。圖5係根據本發明之實施例之超電容40之示意圖。圖1、4及5中之相同數字可表示類似元件。如圖5所描述，該示例性配置與圖1之該配置相似。圖1及5之該等兩種配置之差異在於電解液41例如氯化鈉係封入該結構中以形成用於能量儲備之該超電容30。
就圖5之示例性實施例而言，可將該第一及第二集流器11及12與電源(未顯示)連接以充電該超電容30。在放電期間，由於該等吸附之離子自該超電容30之該等各電極13、14、及15之該等表面解離而產生之釋放能量可用於驅動電子裝置(未顯示)(例如電燈泡)、或可經由能量回收裝置(未顯示)(例如雙向DC-DC轉換器)回收。另外，在其他實例中，該超電容30可包括與圖4描述之該結構相似之多個雙極電極15及多個間隔物16。
雖然已藉由典型實施例闡明並描述該揭示內容，但不意欲將其限制於顯示之該等細節，因為在不脫離本發明揭示內容之精神下，可進行各種修飾及替換。因此，熟悉此項技術者僅使用例行實驗可進行進一步修飾及等效本文揭示之該揭示內容，且認為所有該等修飾與等效皆在有以下申請專利範圍定義之該揭示內容之精神及範圍內。
10．．．超電容除鹽裝置
11．．．第一集流器
12．．．第二集流器
13．．．第一電極
14．．．第二電極
15．．．雙極電極
16．．．間隔物
17．．．雙極電極之一面
18．．．雙極電極之另一面
19．．．箭頭
20．．．中間層
21．．．第一層
22．．．第二層
23．．．補強層
30．．．形成包含碳材料之混合物
31．．．形成所得混合物
32．．．形成壓延薄片
33．．．形成雙極電極
40．．．超電容
41．．．電解液
圖1係根據本發明之實施例之超電容除鹽裝置之示意圖；
圖2係根據本發明之實施例之雙極電極之示意圖；
圖3係簡要闡述製備根據本發明之實施例之該雙極電極之流程圖；
圖4係根據本發明之另一實施例之超電容除鹽裝置之示意圖；及
圖5係根據本發明之實施例之超電容之示意圖。
15．．．雙極電極
20．．．中間層
21．．．第一層
22．．．第二層
23．．．補強層
Claims (31)
- 一種雙極電極，其包括：一中間層，其包括一種或多種碳材料；第一層及第二層，其係置於該中間層之相對表面且經架構作為陽極及陰極，其中該第一及第二層包括一種或多種導電性碳材料及一種或多種導電聚合物中之至少一種；及置於該第一及第二層中之至少一層上之一層或多層補強層，其中該一層或多層補強層係選自由聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚(二氯亞乙烯)(PVC)、及其組合所組成之群。
- 如請求項1之雙極電極，其進一步包括置於該第一層上之一種或多種陽離子選擇性材料及置於該第二層上之一種或多種陰離子選擇性材料。
- 如請求項2之雙極電極，其中該一種或多種陽離子選擇性材料係選自由胺基、吡啶鎓基及其組合所組成之群，其中該胺基包括一級胺、二級胺、三級胺、及四級胺中之一種或多種，且其中該一種或多種陰離子選擇性材料係選自由磺酸基、羧酸基、磷酸酯基、及其組合所組成之群。
- 如請求項1之雙極電極，其中該中間層係電子傳導性且係離子不傳導性，且其中形成該中間層之該等碳材料包括一種或多種碳黑及石墨。
- 如請求項1之雙極電極，其中該中間層進一步包括選自 由聚對苯二甲酸乙二酯、聚乙烯、聚丙烯、聚(二氯亞乙烯)、及其組合所組之群之聚合物。
- 如請求項1之雙極電極，其中該第一層及該第二層包括相同之一種或多種導電性碳材料。
- 如請求項1之雙極電極，其中形成該第一及第二層之一種或多種導電性碳材料係選自由活性碳顆粒、多孔碳顆粒、碳纖維、碳氣凝膠、多孔中間相碳微珠、碳奈米管、碳籠及其組合所組成之群，且其中一種或多種該導電聚合物係選自由聚苯胺、聚吡咯、及其組合所組成之群。
- 如請求項7之雙極電極，其中形成該第一及第二層之一種或多種導電性碳材料包括活性碳顆粒，且其中該第一及第二層進一步包括聚四氟乙烯。
- 如請求項1之雙極電極，其進一步包括分別置於該第一層與該中間層之間、及該第二層與該中間層之間之複數個黏合劑層，其中該黏合劑層包括以石墨為主之聚合物薄膜、以碳黑為主之聚合物薄膜、導電石墨黏合劑、及碳黑黏合劑中之至少一種。
- 一種超電容除鹽裝置，其包括：第一電極；第二電極；置於該等第一及第二電極之間之一個或多個雙極電極，其中該雙極電極包括一中間層；置於該中間層之兩個相對表面上且經架構作為電極之第一層及第二層；及 置於該第一及第二層之至少一層上之一層或多層補強層，其中該一層或多層補強層係選自由聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚(二氯亞乙烯)(PVC)、及其組合所組成之群；置於各對鄰近電極之間之一個或多個電子絕緣且離子導電性間隔物；經架構成接觸該第一電極之第一集流器；及經架構成接觸該第二電極之第二集流器。
- 如請求項10之超電容除鹽裝置，其中該第一電極、該第二電極、及該雙極電極各係經架構為在充電狀態下吸附離子並在放電狀態下解吸附離子。
- 如請求項10之超電容除鹽裝置，其中該第一電極、該第二電極、及該雙極電極各係經架構為在放電狀態下吸附離子並在充電狀態下解吸附離子。
- 如請求項10之超電容除鹽裝置，其中該中間層包括一種或多種碳材料，且其中該第一及第二層包括一種或多種導電性碳材料及一種或多種導電聚合物中之至少一種。
- 如請求項13之超電容除鹽裝置，其中該一種或多種導電性碳材料係選自由活性碳顆粒、多孔碳顆粒、碳纖維、碳氣凝膠、碳奈米管、碳籠、多孔中間相碳微珠、及其組合所組成之群，且其中該一種或多種導電聚合物係選自由聚苯胺、聚吡咯、及其組合所組成之群。
- 如請求項13之超電容除鹽裝置，其中該第一及第二層進一步包括聚四氟乙烯。
- 如請求項13之超電容除鹽裝置，其中該雙極電極進一步包括分別置於該第一層與該中間層之間、及該第二層與該中間層之間之複數個黏合劑層，且其中該等黏合劑層包括以碳為主之聚合物薄膜及碳導電性黏合劑中之至少一種。
- 如請求項13之超電容除鹽裝置，其中該等第一及第二電極包括與該第一及第二層相同之導電性材料。
- 如請求項13之超電容除鹽裝置，其進一步包括置於該第一層上之一種或更多種陽離子選擇性材料及置於該第二層上之一種或多種陰離子選擇性材料。
- 如請求項18之超電容除鹽裝置，其中該一種或多種陽離子選擇性材料係選自由胺基、吡啶鎓基及其組合所組成之群，其中該胺基包括一級胺、二級胺、三級胺、及四級胺中之一種或多種，且其中該一種或多種陰離子選擇性材料係選自由磺酸基、羧酸基、磷酸酯基、及其組合所組成之群。
- 一種製造功能性電極之方法，該方法包括：提供並攪拌包括溶劑及一種或多種碳材料及一種或多種導電聚合物中之至少一種的混合物，以形成該一種或多種碳材料及該一種或多種導電聚合物中之至少一種於該溶劑中之分散液；在該分散液中添加至少一種黏合劑以提供所得混合物並攪拌該所得混合物；加工該所得混合物以形成複數個電極片；及 將該等電極片貼附於中間層之相對表面上。
- 如請求項20之方法，其中該功能性電極包括雙極電極，且其中該黏合劑包括非纖維化之聚四氟乙烯。
- 如請求項20之方法，其中該混合物進一步包括碳纖維、導電碳黑、及碳奈米管中之一種或多種。
- 如請求項20之方法，其中該溶劑包括水、乙醇、及其組合。
- 如請求項20之方法，其中加工該所得混合物係包括使一種或多種具有不同顆粒尺寸之微孔形成劑及該所得混合物與另一溶劑混合，以形成混合糊狀物，並加工該混合糊狀物以形成該等電極片。
- 如請求項24之方法，其中該一種或多種微孔形成劑係選自由氯化鈉、氯化銨、氯化鉀、氯化鈣、碳酸鈉、碳酸鉀、碳酸鈣、碳酸銨、酸式碳酸銨、氧化鈦、氧化鋅、及其組合所組成之群。
- 如請求項24之方法，其中加工該混合糊狀物係包括壓延該混合糊狀物以形成壓延薄片；將該壓延薄片浸入去離子水中以移除該一種或多種微孔形成劑；移除該一種或多種微孔形成劑後乾燥該壓延薄片；及在乾燥後將該壓延薄片成型為該等電極片。
- 如請求項20之方法，其進一步包括附貼置於該等電極片中之至少一者上之一層或多層補強層，其中該一層或多層補強層係選自由聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚(二氯亞乙烯)(PVC)、及其組合所 組之群。
- 如請求項20之方法，其進一步包括在各別電極片上放置一種或多種陰離子選擇性材料及一種或多種陽離子選擇性材料。
- 如請求項28之方法，其中該等一或多種陽離子選擇性材料係選自由胺基、吡啶鎓基及其組合所組成之群，其中該胺基包括一級胺、二級胺、三級胺、及四級胺中之一種或多種，且其中該一種或多種陰離子選擇性材料係選自由磺酸基、羧酸基、磷酸酯基、及其組合所組成之群。
- 如請求項20之方法，其中該一種或多種碳材料係選自由活性碳顆粒、碳氣凝膠、碳奈米管、碳籠、碳纖維、多孔碳顆粒、多孔中間相碳微珠、及其組合所組成之群，且其中該一種或多種導電聚合物係選自由聚苯胺、聚吡咯、及其組合所組成之群。
- 如請求項20之方法，其中該中間層包括碳黑、石墨、及聚合物中之一種或多種，且其中該聚合物係選自由聚對苯二甲酸乙二酯、聚乙烯、聚丙烯、聚(二氯亞乙烯)、及其組合所組成之群。
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US12/511,193 US9469554B2 (en) | 2009-07-29 | 2009-07-29 | Bipolar electrode and supercapacitor desalination device, and methods of manufacture |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| TW201123230A TW201123230A (en) | 2011-07-01 |
| TWI536414B true TWI536414B (zh) | 2016-06-01 |
Family
ID=42668347
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| TW099124765A TWI536414B (zh) | 2009-07-29 | 2010-07-27 | 雙極電極與超電容除鹽裝置及製造方法 |
Country Status (10)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US9469554B2 (zh) |
| EP (1) | EP2459491B1 (zh) |
| JP (1) | JP2013500158A (zh) |
| KR (1) | KR101686270B1 (zh) |
| CN (1) | CN102574708B (zh) |
| BR (1) | BR112012001927A2 (zh) |
| IN (1) | IN2012DN00678A (zh) |
| SG (2) | SG10201404294VA (zh) |
| TW (1) | TWI536414B (zh) |
| WO (1) | WO2011016903A1 (zh) |
Families Citing this family (33)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101685710B (zh) * | 2008-09-26 | 2012-07-04 | 通用电气公司 | 制备组合物、包含组合物的薄片及包含薄片的电极的方法 |
| US8658241B2 (en) * | 2010-12-30 | 2014-02-25 | General Electric Company | Simultaneous polymerization of two vinyl monomer mixtures to opposite faces of a flat porous substrate |
| ES2664321T3 (es) * | 2010-12-31 | 2018-04-19 | General Electric Company | Procedimiento de cámara de vacío para formar revestimientos de polímero sobre un soporte poros |
| AU2012250774B2 (en) | 2011-05-03 | 2015-05-07 | Axion Power International, Inc. | Process for the manufacture of carbon sheet for an electrode |
| CN102807266B (zh) * | 2011-05-31 | 2014-12-10 | 通用电气公司 | 超级电容脱盐单元、装置和方法 |
| CN103058425B (zh) | 2011-10-21 | 2015-07-29 | 通用电气公司 | 脱盐系统和方法 |
| JP2015037763A (ja) * | 2011-12-15 | 2015-02-26 | 国立大学法人 東京大学 | 帯電物質吸着脱離制御装置及び廃水処理装置並びにそれらに用いる電極 |
| WO2013108597A1 (ja) * | 2012-01-16 | 2013-07-25 | クラレケミカル株式会社 | 通液型キャパシタ、脱イオン液製造装置、及び脱イオン液の製造方法 |
| CN103909038B (zh) | 2013-01-07 | 2017-06-13 | 通用电气公司 | 浸渍涂层装置及应用该装置制备电极的方法 |
| CN104211139B (zh) * | 2013-05-31 | 2018-10-02 | 南开大学 | 一种阴阳两极协同降解硝基苯类污染物的“三明治”型膜电极系统及方法 |
| KR101592384B1 (ko) * | 2013-11-05 | 2016-02-11 | 죽암건설 주식회사 | 일체형 축전탈이온 전극 및 그 제조방법 |
| CN103578788B (zh) * | 2013-11-15 | 2017-05-03 | 东华大学 | 一种含有带电荷导电纳米颗粒的多孔碳复合电极及其制备和应用 |
| WO2015127511A1 (en) * | 2014-02-26 | 2015-09-03 | Redflow R&D Pty Ltd | Bipolar battery electrode having improved carbon surfaces and method of manufacturing same |
| KR101591257B1 (ko) * | 2014-04-15 | 2016-02-03 | (주)시온텍 | 축전식탈염복합전극, 축전식탈염복합전극 셀 및 축전식복합탈염전극의 제조방법 |
| FR3028531B1 (fr) * | 2014-11-14 | 2016-11-25 | Seb Sa | Appareil comportant une anode et une cathode pour faire precipiter le carbonate de calcium |
| US10106901B2 (en) | 2015-02-03 | 2018-10-23 | Edward E. Johnson | Scalable energy demand system for the production of hydrogen |
| CN105692817B (zh) * | 2016-01-22 | 2018-02-09 | 同济大学 | 一种适用于污水脱盐回用的复合膜分离方法 |
| KR101893488B1 (ko) * | 2016-04-18 | 2018-08-30 | 죽암건설 주식회사 | 대전원리를 이용한 cdi장치 |
| KR102402592B1 (ko) * | 2016-06-28 | 2022-05-27 | 이오플로우(주) | 전기 삼투 펌프를 포함하는 유체 펌핑 시스템 |
| KR102006908B1 (ko) | 2016-06-28 | 2019-08-02 | 이오플로우(주) | 전기 삼투 펌프 및 이를 포함하는 유체 펌핑 시스템 |
| CN106206069B (zh) * | 2016-07-25 | 2018-10-19 | 深圳清华大学研究院 | 电化学储能器件用粘接剂、超级电容器电极片及其制备方法 |
| CN106252082A (zh) * | 2016-08-02 | 2016-12-21 | 北京理工大学 | 一种天然染料敏化太阳能电池装置及其制作方法 |
| CN106745541B (zh) * | 2017-02-21 | 2020-08-04 | 上海大学 | 去除水中氨氮和有机物的复合电极及其制备方法 |
| SE540976C2 (en) * | 2017-06-21 | 2019-02-12 | Stockholm Water Tech Ab | Device for capacitive deionization of aqueous media and method of manufacturing such a device |
| DE102017213388A1 (de) | 2017-08-02 | 2019-02-07 | Lithium Energy and Power GmbH & Co. KG | Elektrodenherstellungsverfahren mittels Binderfibrillierung mit partikulärem Fibrillierungshilfsmittel |
| KR102019055B1 (ko) * | 2017-12-12 | 2019-09-06 | 주식회사 셀젠 | 리튬이온 흡착 및 탈착용 전극모듈의 제조방법 |
| NL2020640B1 (en) | 2018-03-21 | 2019-10-02 | Jacobus Henricus Boon Nicolaas | Deionization device and method for at least partially deionizing a feed liquid in which an electrolyte is dissolved, and apparatuses using such devices |
| CN110911175B (zh) * | 2019-11-12 | 2021-09-14 | 武汉工程大学 | 碳化蛋壳膜、MXene和聚吡咯的复合凝胶及其制备方法和应用 |
| KR102593588B1 (ko) * | 2019-12-03 | 2023-10-24 | 한양대학교 산학협력단 | 수처리 장치 및 이를 이용한 수처리 방법 |
| US20210163319A1 (en) * | 2019-12-03 | 2021-06-03 | Iucf-Hyu (Industry-University Cooperation Foundation Hanyang University) | Water treatment apparatus and water treatment method using same |
| CN111640582B (zh) * | 2020-06-16 | 2022-11-15 | 中国科学院电工研究所 | 一种高电压电化学电容器、制备方法及其储能模组 |
| CN113264573B (zh) * | 2021-04-16 | 2023-01-13 | 西安理工大学 | 一种双极性电极及其制备方法、及废水处理系统 |
| WO2023229339A1 (ko) * | 2022-05-24 | 2023-11-30 | 한국교통대학교산학협력단 | 태양열로부터 금속을 용융하는 금속 용융 장치 및 이를 이용한 금속 용융 방법 |
Family Cites Families (30)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4188464A (en) | 1978-07-31 | 1980-02-12 | Hooker Chemicals & Plastics Corp. | Bipolar electrode with intermediate graphite layer and polymeric layers |
| US4602426A (en) * | 1985-06-28 | 1986-07-29 | Union Carbide Corporation | Method of producing a gas diffusion electrode |
| US4892797A (en) | 1989-03-10 | 1990-01-09 | Alupower, Inc. | Bipolar electrode and process for manufacturing same |
| JPH0499305A (ja) * | 1990-08-17 | 1992-03-31 | Nec Corp | 電気二重層コンデンサおよびその製造方法 |
| US5393617A (en) | 1993-10-08 | 1995-02-28 | Electro Energy, Inc. | Bipolar electrochmeical battery of stacked wafer cells |
| US5705259A (en) * | 1994-11-17 | 1998-01-06 | Globe-Union Inc. | Method of using a bipolar electrochemical storage device |
| DE19629154C2 (de) | 1996-07-19 | 2000-07-06 | Dornier Gmbh | Bipolare Elektroden-Elektrolyt-Einheit |
| EP0923094B1 (en) | 1997-12-03 | 2006-09-20 | TDK Corporation | Multilayer ceramic electronic element and manufacturing method therefor |
| JP4266420B2 (ja) | 1998-12-10 | 2009-05-20 | クレハエラストマー株式会社 | カーボンシートおよびその製法 |
| FR2790268B1 (fr) | 1999-02-25 | 2001-05-11 | Suisse Electronique Microtech | Cellule d'electrolyse a electrode bipolaire comportant du diamant |
| US6300000B1 (en) * | 1999-06-18 | 2001-10-09 | Gore Enterprise Holdings | Fuel cell membrane electrode assemblies with improved power outputs and poison resistance |
| JP2001143976A (ja) | 1999-11-11 | 2001-05-25 | Japan Organo Co Ltd | 通液型コンデンサ |
| JP2002203749A (ja) * | 2000-12-28 | 2002-07-19 | Daiso Co Ltd | 積層型電気二重層キャパシタ |
| US20020136946A1 (en) * | 2001-03-21 | 2002-09-26 | Amatucci Glenn G. | High voltage rechargeable electrochemical energy storage system structure |
| AUPR435101A0 (en) * | 2001-04-11 | 2001-05-17 | Rmg Services Pty. Ltd. | Further additions to the modified proton electrolytic membrane fuel cell |
| US7344799B2 (en) * | 2002-10-11 | 2008-03-18 | Swift Enterprises, Ltd. | Direct hydrogen peroxide fuel cell |
| US7282291B2 (en) * | 2002-11-25 | 2007-10-16 | California Institute Of Technology | Water free proton conducting membranes based on poly-4-vinylpyridinebisulfate for fuel cells |
| US7365121B2 (en) | 2003-02-19 | 2008-04-29 | Virginia Tech Intellectual Properties, Inc. | Highly conductive thermoplastic composites for rapid production of fuel cell bipolar plates |
| US20060147780A1 (en) * | 2003-05-08 | 2006-07-06 | Dainippon Ink And Chemicals, Inc. | Method for producing separator for fuel cell, separator for fuel cell and fuel cell |
| KR100509298B1 (ko) * | 2003-05-31 | 2005-08-22 | 한국과학기술연구원 | 무기질 박막이 코팅된 직접메탄올 연료전지용 복합고분자 전해질막의 제조 방법 |
| JP3983259B2 (ja) * | 2003-06-27 | 2007-09-26 | 旭化成ケミカルズ株式会社 | 高耐久性を有する高分子電解質膜およびその製造方法 |
| JP4304101B2 (ja) * | 2003-12-24 | 2009-07-29 | 本田技研工業株式会社 | 電解質膜・電極構造体及び燃料電池 |
| JP4415673B2 (ja) | 2003-12-26 | 2010-02-17 | Ｔｄｋ株式会社 | キャパシタ用電極の製造方法 |
| FR2867600B1 (fr) * | 2004-03-09 | 2006-06-23 | Arkema | Procede de fabrication d'electrode, electrode ainsi obtenue et supercondensateur la comprenant |
| US20050231893A1 (en) * | 2004-04-19 | 2005-10-20 | Harvey Troy A | Electric double layer capacitor enclosed in polymer housing |
| US7147674B1 (en) | 2005-03-23 | 2006-12-12 | Maxwell Technologies, Inc. | Pretreated porous electrode and method for manufacturing same |
| US20070190398A1 (en) * | 2006-02-15 | 2007-08-16 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Electrode for fuel cell, fuel cell, and method of preparing electrode for fuel cell |
| JP2008034423A (ja) * | 2006-07-26 | 2008-02-14 | Meidensha Corp | 電気二重層キャパシタ |
| US8617760B2 (en) * | 2006-08-14 | 2013-12-31 | GM Global Technology Operations LLC | Localized deactivation of a membrane |
| US7813106B2 (en) | 2006-12-19 | 2010-10-12 | General Electric Company | High current efficiency supercapacitor desalination devices and methods of making the same |
-
2009
- 2009-07-29 US US12/511,193 patent/US9469554B2/en active Active
-
2010
- 2010-06-10 CN CN201080045013.0A patent/CN102574708B/zh active Active
- 2010-06-10 JP JP2012522832A patent/JP2013500158A/ja active Pending
- 2010-06-10 SG SG10201404294VA patent/SG10201404294VA/en unknown
- 2010-06-10 SG SG2012004560A patent/SG178077A1/en unknown
- 2010-06-10 WO PCT/US2010/038129 patent/WO2011016903A1/en active Application Filing
- 2010-06-10 EP EP10727303.9A patent/EP2459491B1/en active Active
- 2010-06-10 IN IN678DEN2012 patent/IN2012DN00678A/en unknown
- 2010-06-10 BR BR112012001927A patent/BR112012001927A2/pt active IP Right Grant
- 2010-06-10 KR KR1020127005176A patent/KR101686270B1/ko active IP Right Grant
- 2010-07-27 TW TW099124765A patent/TWI536414B/zh active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2011016903A1 (en) | 2011-02-10 |
| CN102574708A (zh) | 2012-07-11 |
| SG10201404294VA (en) | 2014-10-30 |
| IN2012DN00678A (zh) | 2015-08-21 |
| SG178077A1 (en) | 2012-03-29 |
| BR112012001927A2 (pt) | 2016-03-15 |
| KR101686270B1 (ko) | 2016-12-13 |
| JP2013500158A (ja) | 2013-01-07 |
| KR20120043032A (ko) | 2012-05-03 |
| US9469554B2 (en) | 2016-10-18 |
| US20110024287A1 (en) | 2011-02-03 |
| EP2459491A1 (en) | 2012-06-06 |
| EP2459491B1 (en) | 2016-08-10 |
| CN102574708B (zh) | 2015-02-18 |
| WO2011016903A8 (en) | 2012-02-23 |
| TW201123230A (en) | 2011-07-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| TWI536414B (zh) | 雙極電極與超電容除鹽裝置及製造方法 | |
| Kim et al. | Harvesting energy from salinity differences using battery electrodes in a concentration flow cell | |
| Nadakatti et al. | Use of mesoporous conductive carbon black to enhance performance of activated carbon electrodes in capacitive deionization technology | |
| Jo et al. | Fluorination effect of activated carbons on performance of asymmetric capacitive deionization | |
| KR102093443B1 (ko) | 전기 흡착 탈이온 장치 및 이를 사용한 유체 처리 방법 | |
| KR101004707B1 (ko) | 이온제거용 축전식 전극 및 그를 이용한 전해셀 | |
| JP6006493B2 (ja) | スーパーキャパシタ及びその製造方法 | |
| CN107534155A (zh) | 多孔电极、膜‑电极组件、电极组件以及由其制成的电化学电池和液流蓄电池 | |
| JP2018513527A (ja) | 多孔質電極並びにそれからの電気化学セル及び液体フロー電池 | |
| Lee et al. | Arsenic removal from groundwater using low-cost carbon composite electrodes for capacitive deionization | |
| CN101425394A (zh) | 一种电极和设备的制造方法 | |
| WO2018004104A1 (ko) | 유로일체형 이온교환막을 부착한 복극전극 및 이의 제조방법 | |
| KR101526246B1 (ko) | 수처리용 복합전극 및 이의 제조방법, 이를 포함하는 수 처리장치 | |
| JP6632997B2 (ja) | 水からイオンを除去するための装置およびその装置を作製する方法 | |
| Gupta et al. | Electrochemical aging and characterization of graphite-polymer based composite bipolar plates for vanadium redox flow batteries | |
| BR112012001927B1 (pt) | Método de fabricação de um eletrodo funcional | |
| WO2016158216A1 (ja) | バナジウムレドックス電池 |