3D-Printed river-type thick carbon electrodes for docking possible practical application-level capacitive deionization

电容去离子 电极 海水淡化 材料科学 碳纤维 电容感应 吸附 传质 复合材料 光电子学 电化学 化学 电气工程 色谱法 工程类 物理化学 生物化学 有机化学 复合数
作者
Mingxing Shi,Keren Lu,Huijuan Jia,Xianyong Hong,Yanghao Yan,Hua Qiang,Fengyun Wang,Mingzhu Xia
出处
期刊:Science of The Total Environment [Elsevier BV]
卷期号:904: 167339-167339 被引量:8
标识
DOI:10.1016/j.scitotenv.2023.167339
摘要

The low carbon mass loading along with serious imbalance between the carbon mass loading and the electrode performance greatly hinders practical applications of capacitive deionization (CDI). Traditional thick bulk-type (BT) carbon electrodes often suffer from extremely limited active sites, thereby being vital to explore a basic strategy to unlock the performance. Herein, 3D-printed thick carbon electrodes were utilized for CDI desalination for the first time. The experimental outcomes revealed that BT electrodes existed a serious salt adsorption capacity (SAC) drop under variable mass loading of 3-30 mg/cm2. In contrary, 3D-printed river-type (RT) electrodes acquired a superior SAC of 10.67 mg/g and achieved 54.1 % SAC rise compared with that of BT electrodes (500 mg/L; 1.0 V; 30 mg/cm2). Meanwhile, RT electrodes took only 12 min to reach the equilibrium SAC of BT electrodes, being 44 min faster. Further, RT electrodes with diverse mass loading of 30-45 mg/cm2 were investigated, and it still kept 7.13 mg/g SAC under ultrahigh mass loading of 45 mg/cm2. This strategy has been successfully extended and carbons with proper micro-meso pore distribution, high specific capacitances and low resistance may be a better selection. Besides, the impact of electrode channel structure on the desalting performance was investigated, and the influence mechanism was revealed via COMSOL simulation. Overall, this work demonstrates the splendid feasibility of utilizing 3D-printed thick carbon electrodes for possible practical application-level CDI desalination.
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