豆莢當電極 新型電池變身“海水淡化神器”

2018年06月14日08:34  來源:科技日報
 

科技日報合肥6月12日電 (記者吳長鋒)記者從中科院合肥物質科學研究院獲悉,該院固體物理研究所環境與能源納米材料中心,在生物質衍生氮摻雜多孔碳作為多功能電極材料,在金屬鋅—空電池自驅動脫鹽應用研究方面取得重要進展,相關研究日前發表在《化學工程雜志》上。

目前,常用的脫鹽方法包括反滲透、熱蒸發、電滲析和電容去離子等。其中,電容去離子(CDI)技術利用在電極材料表面形成的雙電層來吸附水中帶電荷離子,從而達到鹽水淡化的目的。此技術不會造成二次污染且具有低能耗、低投資、低運行成本的優越性,還可利用可再生能源如太陽能、風能等進行驅動,是海水/苦咸水脫鹽獲取淡水資源的理想技術。然而當前廣泛使用的高效碳基CDI電極材料主要通過傳統化石燃料衍生物制備,無疑提高了其大規模應用的成本。

為此,科研人員選擇豐富、廉價、可再生的、含天然氮元素的豆莢作為原料,通過輔助活化熱解的方法制備出具有多級開放孔結構的氮摻雜碳材料,再將所得的氮摻雜多孔碳材料進一步進行磺化處理,得到磺酸功能化的多孔碳材料(S-NPC)。通過將所制備的S-NPC與氨化的活性炭分別作為電極材料組裝成CDI裝置,並用於脫鹽實驗。研究結果表明,與其他碳材料相比,多孔碳材料展示出更加優異的吸附性能,主要歸因於其高的比表面積、多級開放孔結構及其表面功能化的磺酸基官能團協同作用,表明生物質衍生的碳作為CDI電極材料具有很好的應用前景。同時由於所制備NPC材料實現了異原子(如氮)的摻雜,因此其還展示出優異的氧還原反應(ORR)性能。基於此,將金屬鋅—空電池與CDI體系有機整合,利用鋅—空電池供電實現了高效CDI脫鹽應用。

(責編:初梓瑞、庄紅韜)