基于石墨烯复合电极的电容脱盐技术研究进展

电容去离子技术是一种低成本、低能耗、高效率、绿色生产过程的新型脱盐技术,电极是电容去离子技术的核心部分,石墨烯因其独特的二维纳米结构,巨大的比表面积和超高的电导率,被认为是具有巨大潜力的新材料。本文综述了基于石墨烯复合电极的电容脱盐技术研究进展,分析了石墨烯基复合材料应用于电容脱盐技术的影响因素、存在问题以及发展前景。     

氧化石墨烯基电容去离子电极材料研究进展

石墨烯由于其独特的性能在水污染治理领域成为一种极具潜力的环境功能材料,本文综述了重金属离子的主要来源及危害,提出以电容去离子技术处理含重金属离子技术;总结了近年来以氧化石墨烯为基体,通过与过渡金属氧化物、导电聚合物、及多元复合电极材料复合的功能化改性及应用进展。通过功能化改性能显著提升复合电极材料的比电容、比表面积、吸附容量、电极稳定性等性能,对目前改性后存在的缺陷和不足进行了梳理,对今后研究的方向进行了展望。     

活性炭负载量对电极电容去离子性能的影响

增大电极比表面积是提高电容去离子效率的方法之一。通过研究活性炭负载量对电极比表面积的影响,探讨了一种提升炭电极电容去离子性能的有效方法。实验结果表明,增加活性炭负载量可有效提升电极比表面积,电极电容最高可达0.56 F/cm2,表现出较好的电容去离子性能。持续增加活性物质虽对电极内电阻影响较小,但不能进一步提高电极吸附表面,比电容急剧下降。优化电极孔隙结构是提升活性炭电极电吸附性能的有效方法。     

碳纳米管/氧化石墨烯复合电极制备及除镉研究

为提高电容去离子技术(CDI)对水中镉离子(Cd~(2+))的去除效率,以氧化石墨烯(GO)为主吸附材料、改性碳纳米管(CNT~*)为次吸附材料兼导电剂制备了复合电极,通过测试比表面积、循环伏安特性曲线可知,当m(氧化石墨烯)∶m(碳纳米管)∶m(聚偏氟乙烯)=7.2∶0.8∶2时,电极的比表面积为391.72 m2/g,比吸附量达到11.25 mg/g,比电容达到142.36 F/g。工作电压为1.2 V、循环流速为20 m L/min、电极板间距为3 mm、电极对数达到4对时,镉的去除率可以达到91.8%。通过动力学分析,准一级动力学模型能较好地描述电极对离子的吸附速率。通过对吸附等温线拟合分析,Langmuir模型的拟合率为98.9%,Freundlich模型的拟合率为99.87%,证明GO/CNT~*电极在CDI去除镉离子中具有较好的效果。     

二氧化锰/石墨烯复合电极材料

MnO2是一种极具潜力的超级电容器用电极材料,但因其结构形貌复杂多变、电导率较差,限制了其电化学性能的发挥。石墨烯虽然具有高电导率和大的比表面积等优良特性,但是石墨烯的堆叠聚集降低了其有效比表面积和电导率,导致其实际比电容远远低于理论值。针对这一问题,将MnO2和石墨烯相结合可以提高石墨烯的有效比表面积和比容量,充分利用各自的性能相互补偿,以提高复合电极的电化学性能。综述了MnO2/石墨烯复合电极的制备方法和研究现状,同时提出了MnO2/石墨烯复合电极的发展建议。     

石墨烯/聚苯胺复合薄膜材料制备及其在电极中的研究

石墨烯凭借巨大的比表面积和优异的电性能在储能领域引起了广泛的关注,但其较低的双电层电容以及团聚问题限制了其应用发展。通过扫描电子显微镜、傅里叶红外光谱等表征石墨烯/聚苯胺薄膜电极材料结构与形貌变化,测试反应时间对其电学性能的影响。结果表明,聚苯胺原位聚合反应时间在6~24 h时,石墨烯/聚苯胺复合电极材料展现出优良的循环稳定性能、较高的比电容以及赝电容特性,但是当反应时间达到48 h时其比电容迅速下降,丧失储能能力。     

电容去离子技术在水处理领域的研究进展

电容去离子(CDI)技术是一种新型的用于脱盐的水处理技术。通过在具有多孔的电极材料两侧施加电压,使溶液中的离子吸附与两侧的电极上达到去除离子的目的。由于电容去离子具有高效、低能耗、无二次污染等特点,已成为水处理领域研究及应用的热门技术。文章概述电容去离子技术的原理,同时介绍了四种常见的电极材料,包括活性炭、有序介孔炭、碳气凝胶和碳纳米管。     

电容去离子技术的电极材料研究进展

电容去离子(CDI)是一种装置结构简单、无二次污染、能耗低的新型水处理技术，被应用在海水淡化、苦咸水脱盐和废水处理等方面。文章分析了CDI的工作原理，从电极材料的比表面积、导电性能和盐吸附容量等方面综述了基于双电层理论的碳质材料和基于法拉第反应的赝电容材料，阐述了不同电极材料在掺杂和改性等操作修饰后对脱盐性能的影响，为当前研究提供理论基础和研究思路。     

石墨烯/聚苯胺复合材料的制备及在超级电容器中的应用

超级电容器是一种新型的能量存储与转换装置,具有广阔的发展前景,而制约其发展的最主要因素是电极材料。石墨烯/聚苯胺复合材料作为一种新型电极材料,兼具双电层电容和法拉第赝电容的特性,在超级电容器中具有潜在应用前景,有望成为下一代电极材料。本文综述了石墨烯/聚苯胺复合材料的制备方法及其在超级电容器的应用,并指出其中存在的一些问题及对其发展前景进行了展望。     

ZIF衍生多孔碳纳米纤维用于高效电容去离子的研究

作为一种环保节能的新兴脱盐技术,电容去离子技术正在成为替代反渗透脱盐和电渗析脱盐的一项重要的脱盐技术。各种碳基材料被广泛地应用于电容去离子电极材料的研究,然而大多数碳基材料为粉末状材料,需要添加黏结剂,这必将导致电极材料电吸附能力的下降。利用静电纺丝技术,将ZIF纳米颗粒和聚丙烯腈混纺,并通过分段高温热处理过程,成功合成了具有柔性结构的整体性多孔碳纳米纤维。由于其具有孔道结构的分级分布和较强的亲水性等优良特性,所制得的多孔碳纳米纤维在1.2 V电压下于500 mg/L NaCl溶液中表现出良好的电吸附性能,脱盐量达到了19.92 mg/g,比普通碳纳米纤维提高了一倍以上。     

锂离子电容器碳正极材料的研究进展

锂离子电容器是一种采用电容型正极材料、电池型负极材料进行组装的储能器件,结合了锂离子电池与超级电容器两者的优点,兼具高能量密度、高功率密度和长循环寿命。但是由于锂离子电容器还存在正负极动力学过程以及容量不匹配的问题,大大影响了锂离子电容器的电化学性能。通常锂离子电容器的功率密度取决于负极材料,而能量密度取决于正极材料,因此为提高锂离子电容器的能量密度,还需发展具有高比容量和高导电性的正极材料。目前,碳材料因具有低成本、来源广泛、高比表面积和丰富的孔道结构等特点,是一种极具应用潜力的电极材料。综述并分析了各种碳材料(包括活性炭、模板炭、石墨烯和生物炭等)作为锂离子电容器正极材料的电化学性能与优缺点,最后对锂离子电容器正极材料的研究提出了建议与展望。     

碳气凝胶电极用于NaCl溶液电容性除盐的研究

碳气凝胶是一种新型多孔碳材料,具有比表面积大、电导率高的特点。本文通过常压干燥制备了碳气凝胶,研究测试了其结构特性,用N aCl溶液模拟海水,利用CD I原理,以碳气凝胶作电极进行了N aC l溶液的除盐实验。实验表明,决定碳气凝胶的除盐效果的主要因素为比表面积和电导率。在不同配比结构中,以R/C为1500、M值为30%的碳气凝胶电极的除盐效果最佳。利用双电层电容模型解释探讨了碳气凝胶电极的除盐机理。     

煤基石墨烯及复合材料在储能领域的应用

石墨烯及复合材料具有比表面积大、电导率高、导热性能和力学性能良好等优点,在电极材料、传感器、储氢材料等领域具有广泛的应用。但以高碳含量的天然资源煤为前体制备煤基石墨烯及复合材料达到煤炭清洁高效利用的研究目前报道有限,尤其是将其作为电极材料应用到储能领域的研究较少。本文重点总结了以不同煤质及衍生物为原料构建不同形貌和结构的煤基石墨烯及复合材料的方法以及存在的问题,详细介绍了煤基石墨烯及复合材料在储能领域,尤其是超级电容器、锂离子电池及钠离子电池领域的应用研究现状,最后提出了当前煤基石墨烯及复合材料的主要研究方向。该综述旨在为煤基新型石墨烯及复合材料的制备开发以及在储能领域的应用提供一定的思路。     

碳气凝胶军事应用技术研究进展

碳气凝胶具有特殊的微纳米多孔结构,孔隙率极高,使其表现出比表面积大、电导率高、密度极低、热导率低等显著特点,是一种很有前途的军用多功能材料,在许多军事应用领域展现出巨大的发展潜力。本文通过对中外文献的深入调研,介绍了研究人员在开发碳气凝胶在军事应用技术方面的最新研究成果,涉及超级电容器电极材料、烟幕材料、隐身材料、隔热材料和装甲防护材料等军事应用领域。     

Comment on “Carbon nanotube/graphene composite for enhanced capacitive deionization performance” by Y. Wimalasiri and L. Zou

In a recent study, Wimalasiri and Zou [1] have reported the use and performance of composite electrodes of carbon nanotubes (CNT) and graphene for application as porous electrodes in capacitive deionization (CDI). While CDI is emerging as an attractive technology for water desalination, and novel electrode materials and composites are important contributions to the advancement of the field, there are several issues in this study that we must comment on.     

Carbon nanotube/graphene composite for enhanced capacitive deionization performance

In this study, single-walled carbon nanotubes were combined with graphene oxide nanosheets in aqueous dispersion and then chemically reduced to form the carbon nanotube/graphene (CNT/G) composite as electrodes for capacitive deionization (CDI). The structure of the CNT/G composite was highly porous, with single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) sandwiched between graphene sheets that functioned as spacers and provided diffusion paths for smooth and rapid ion conduction. The associated increase in the electrical double-layer capacitance enhanced capacitive deionization performance. The CNT/G composite achieved a specific capacitance of 220 F/g and an electrosorption capacity of 26.42 mg/g with 100% regeneration, showing great potential as a high performance electrode material in CDI applications.     

Stability of a carbon gel electrode when used for the electro-assisted removal of ions from brackish water

A porous carbon gel obtained from the poly-condensation of resorcinol and formaldehyde was synthesized and used as an electrode material for the capacitive deionization (CDI) of synthetic brackish water. The desalting capacity of this material was evaluated in terms of applied voltage and zero-voltage regeneration over a number of cycles, and compared to that of commercially available carbon materials (powdered activated carbon and activated carbon cloth). Due to an adequate combination of chemical and porous features, the deionization capacity of the carbon gel electrode exceeded that of the electrodes based on conventional microporous carbons over a larger number of adsorption/regeneration cycles. An almost fully reversible ionic removal (ca. 90% recovery) was obtained for this electrode material when regeneration was carried out at zero-voltage conditions. Characterization of the cycled electrodes showed that the carbon gel was resistant to electrochemical anodic oxidation under the polarization conditions used (applied voltage of up to 1.2 V), whereas the electrodes produced from the two commercial carbon materials undergo severe modifications (oxidation and a decrease in surface area) when the applied voltage was maintained for several cycles.     

石墨烯纳米片/CoS2复合材料的制备及其在超级电容器中的应用

采用一步水热法制备石墨烯纳米片（GNS）/CoS₂复合材料,利用XRD和SEM对所制备复合材料的微观结构进行表征,采用循环伏安法和交流阻抗法对复合材料的电化学性能进行研究。研究结果表明,在水热过程中,氧化石墨（GO）逐渐被还原成石墨烯纳米片（GNS）,能够为CoS₂晶核的形成提供更多的接触点,有利于CoS₂颗粒均匀地生长在GNS表面。这种结构的复合材料既能够显著增加CoS₂和电解液之间的有效接触面积,提高CoS₂的电化学利用率,同时又能够改善材料的导电性,有利于提高材料的比电容。     

石墨烯在合成橡胶中的应用研究进展

石墨烯由于其独特的结构,具有高电导率、高模量、高强度、高热导率以及大比表面积,作为补强材料在合成橡胶工业中应用广泛。介绍石墨烯单独使用或与其他补强材料并用增强丁腈橡胶、丁苯橡胶、丁基橡胶、乙丙橡胶以及氯丁橡胶等的应用研究进展,指出今后应进一步探索石墨烯的改性方法,提高石墨烯在橡胶基体中的分散性,探讨石墨烯与其他助剂的协同作用机理,促进石墨烯在合成橡胶领域的实际应用。     

电容去离子脱盐技术：离子交换膜复合活性炭电极的性能

引言随着世界经济及工业的发展、人口的不断增长及环境污染的日益严重,淡水资源的需求量与日俱增。如何从占世界总储水量96%的海水中获得廉价的淡水在世界范围内日益受到关注。目前实现海