Enhancing charge transfer utilizing ternary composite slurry for high-efficient flow-electrode capacitive deionization

电容去离子 材料科学 泥浆 三元运算 复合数 电极 活性炭 化学工程 电导率 电化学 复合材料 吸附 化学 物理化学 程序设计语言 有机化学 工程类 计算机科学
作者
Lvji Yan,Sikpaam Issaka Alhassan,Haiyin Gang,Bichao Wu,Dun Wei,Yiyun Cao,Peng Chen,Haiying Wang
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier]
卷期号:468: 143413-143413 被引量:25
标识
DOI:10.1016/j.cej.2023.143413
摘要

Weak contact between activated carbon (AC) particles results in a poor conductivity for the electrode slurry, which limits the improved desalination performance in flow-electrode capacitive deionization (FCDI). Based on the bridging and filling effects of nanoparticles, we report a ternary composite slurry with multi-dimensional sized carbon particles by introducing the carbon nanotubes (CNT) and carbon black (CB) into AC-based slurry, namely AC/(CB + CNT) slurry. Further enhanced electrical conductivity relative to conventional pure AC slurry. By comparison analysis, FCDI system with the ternary carbon composite slurry had a faster average salt removal rate (ASAR) of 1.89 μmol cm−2 min−1 under at 1.2 V in a feed salinity of 2.0 g L−1, which is 3.27 1.92 and 1.46 times that of pure AC, AC/CB and AC/CNT slurry. In long-term operation (1800 min, U = 1.6 V), the AC/(CB + CNT) slurry exhibited a stable ASAR of 4.41 μmol cm−2 min−1 and maintained a charging efficiency (CE) of around 96% and molar energy consumption (Em) of 0.043 kWh mol−1. Electrochemical analysis and computational fluid dynamics (CFD) simulation further confirms that AC/(CB + CNT) slurry enable system with a point-to-line-to-surface connection morphology, which generates a robust charge percolation network with diverse pathway and facilitates the charge transfer. In summary, this study developed a facile strategy for increasing the slurry conductivity to provide a feasible approach in efficient desalination application.
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