电容去离子电极和电容去离子器件的制作方法

本发明涉及水处理，尤其涉及一种电容去离子电极和电容去离子器件。

背景技术：

1、在家庭用水中，当前过滤掉水中带电离子的方案主流包括超滤纳滤以及反渗透，其中反渗透技术以其优异的过滤效果（99%）成为市场首选，但同样带来的问题是，随着人们饮水意识的提高以及对健康的关注，反渗透出水过于纯净，未保留对人体有益的矿物质离子，因此保留离子的电容去离子技术在净水场景的应用受到越来越多的研究。电容去离子技术能够实现在不同电压下实现不同的出水水质，同时保留对人体有益的离子，去除重金属离子。但当前寿命较短的问题限制了其在净水中的进一步应用。

技术实现思路

1、本发明旨在至少在一定程度上解决现有技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种电容去离子电极和电容去离子器件。

2、本发明的第一个方面，本发明提出了一种电容去离子电极。根据本发明的实施例，所述电容去离子电极包括集流体和活性材料层，所述活性材料层邻接所述集流体至少一侧，所述活性材料层包括活性炭、树脂、导电剂和粘结剂，所述电极为正极，所述活性材料层中的所述树脂为阴离子交换树脂，所述电极为负极，所述活性材料层中的所述树脂为阳离子交换树脂，所述活性炭与所述树脂的质量比为（1~2）：（3~1）。

3、根据本发明上述实施例的电容去离子电极，活性材料层包括活性炭、树脂、导电剂和粘结剂，通过在活性炭中掺杂树脂，树脂具有网状结构，一方面，可以形成特殊的树脂“通道”，从而加快离子的转移吸附，另一方面，树脂的网状结构可以保持活性炭的孔径结构，避免活性炭吸附孔径坍塌，提高了活性炭的吸附性能和延长了活性炭的有效期限，进而提高了电极的离子脱除性能和循环寿命。另外，树脂中含有大量的磺酸基、氨基等活性基团，上述基团可以吸附溶液中的阴阳离子，从而提高电极的吸附性能，同时，树脂的交换基团的优先吸附离子作用，降低了活性炭的同离子效应，从而延长了电极寿命。特别是，发明人发现，活性炭与树脂的质量比需要控制在（1~2）：（3~1）范围内，即树脂添加太少，则树脂中的活性基团屏蔽共离子效应的作用无法有效发挥；树脂添加太多，则会影响活性炭的本征吸附，造成性能下降。由此，该电极具有较高的离子去除率以及较长的循环寿命。

4、另外，根据本发明上述实施例的电容去离子电极还具有如下技术特征：

5、在本发明的一些实施例中，所述树脂的粒径为2um~100um，优选5um~15um。由此，可以提高电极的离子去除率和循环寿命。

6、在本发明的一些实施例中，所述活性炭的粒径为6um~8um，所述活性炭的比表面积为1000m2/g~3000m2/g，所述活性炭的孔径为0.1nm~10nm。由此，可以提高电极的离子去除率和循环寿命。

7、在本发明的一些实施例中，基于所述活性材料层的总质量，所述导电剂的质量占比为3%~10%。由此，可以提高电极的导电性。

8、在本发明的一些实施例中，基于所述活性材料层的总质量，所述粘结剂的质量占比为5%~10%。由此，可以提高电极原料的接触性。

9、在本发明的一些实施例中，所述阴离子交换树脂包括ira402阴离子交换树脂、ira900阴离子交换树脂、717型阴离子交换树脂中的至少一种。

10、在本发明的一些实施例中，所述阳离子交换树脂包括sr1lna阳离子交换树脂、ir120阳离子交换树脂、732阳离子交换树脂、hp1110阳离子交换树脂中的至少一种。

11、在本发明的一些实施例中，所述活性材料层的厚度为60um~95um。由此，可以提高电极的离子去除率和循环寿命。

12、在本发明的一些实施例中，所述活性材料层包括层叠的第一活性材料层和第二活性材料层，所述第一活性材料层邻接所述集流体，所述第一活性材料层包括活性炭、导电剂、粘结剂，所述第二活性材料层包括活性炭、树脂、导电剂和粘结剂。由此，可以提高电极的离子去除率和循环寿命。

13、在本发明的一些实施例中，所述第一活性材料层的厚度为60um~95um，所述第一活性材料层和所述第二活性材料层的总厚度不大于150um。

14、在本发明的一些实施例中，所述活性材料层包括层叠的第三活性材料层和第四活性材料层，所述第三活性材料层邻接所述集流体，所述第三活性材料层包括活性炭、导电剂、粘结剂，所述第四活性材料层包括活性炭、粘结剂和树脂。由此，可以提高电极的离子去除率和循环寿命。

15、在本发明的一些实施例中，所述第三活性材料层的厚度为60um~95um，所述第三活性材料层和所述第四活性材料层的总厚度不大于150um。

16、在本发明的一些实施例中，所述活性材料层包括层叠的第五活性材料层和第六活性材料层，所述第五活性材料层邻接所述集流体，所述第五活性材料层包括活性炭、导电剂、粘结剂，所述第六活性材料层包括导电剂、粘结剂和树脂。由此，可以提高电极的离子去除率和循环寿命。

17、在本发明的一些实施例中，所述第五活性材料层的厚度为60um~95um，所述第五活性材料层和所述第六活性材料层的总厚度不大于150um。

18、本发明的第二个方面，本发明提出了一种电容去离子器件。根据本发明的实施例，电容去离子器件包括上述电容去离子电极。由此，该电容去离子器件具有较高的离子脱除率和较长的使用寿命。

技术特征：

1.一种电容去离子电极，其特征在于，所述电容去离子电极包括集流体和活性材料层，所述活性材料层邻接所述集流体至少一侧，所述活性材料层包括活性炭、树脂、导电剂和粘结剂，所述电极为正极，所述活性材料层中的所述树脂为阴离子交换树脂，所述电极为负极，所述活性材料层中的所述树脂为阳离子交换树脂，所述活性炭与所述树脂的质量比为（1~2）：（3~1）。

2.根据权利要求1所述电极，其特征在于，所述树脂的粒径为2um~100um，优选5um~15um。

3.根据权利要求1所述电极，其特征在于，所述活性炭的粒径为6um~8um，所述活性炭的比表面积为1000m2/g~3000m2/g，所述活性炭的孔径为0.1nm~10nm。

4.根据权利要求1-3中任一项所述电极，其特征在于，基于所述活性材料层的总质量，所述导电剂的质量占比为3%~10%；

5.根据权利要求1-3中任一项所述电极，其特征在于，所述阴离子交换树脂包括ira402阴离子交换树脂、ira900阴离子交换树脂、717型阴离子交换树脂中的至少一种；

6.根据权利要求1-3中任一项所述电极，其特征在于，所述活性材料层的厚度为60um~95um。

7.根据权利要求1-3中任一项所述电极，其特征在于，所述活性材料层包括层叠的第一活性材料层和第二活性材料层，所述第一活性材料层邻接所述集流体，所述第一活性材料层包括活性炭、导电剂、粘结剂，所述第二活性材料层包括活性炭、树脂、导电剂和粘结剂；

8.根据权利要求1-3中任一项所述电极，其特征在于，所述活性材料层包括层叠的第三活性材料层和第四活性材料层，所述第三活性材料层邻接所述集流体，所述第三活性材料层包括活性炭、导电剂、粘结剂，所述第四活性材料层包括活性炭、粘结剂和树脂；

9.根据权利要求1-3中任一项所述电极，其特征在于，所述活性材料层包括层叠的第五活性材料层和第六活性材料层，所述第五活性材料层邻接所述集流体，所述第五活性材料层包括活性炭、导电剂、粘结剂，所述第六活性材料层包括导电剂、粘结剂和树脂；

10.一种电容去离子器件，其特征在于，包括权利要求1-9中任一项所述电容去离子电极。

技术总结
本发明提供了一种电容去离子电极和电容去离子器件。所述电容去离子电极包括集流体和活性材料层，所述活性材料层邻接所述集流体至少一侧，所述活性材料层包括活性炭、树脂、导电剂和粘结剂，所述电极为正极，所述活性材料层中的所述树脂为阴离子交换树脂，所述电极为负极，所述活性材料层中的所述树脂为阳离子交换树脂，所述活性炭与所述树脂的质量比为（1~2）：（3~1）。该电极具有较高的离子去除率以及较长的循环寿命。

技术研发人员：李哲,林勇
受保护的技术使用者：佛山市顺德区美的饮水机制造有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5