Performance Recovery in Degraded Carbon-Based Electrodes for Capacitive Deionization

电容去离子 电极 材料科学 阳极 热分解 化学工程 热处理 碳纤维 吸附 分解 纳米技术 电化学 化学 复合材料 有机化学 工程类 物理化学 复合数
作者
Bei Li,Tianye Zheng,Sijia Ran,Mingzhe Sun,Jin Shang,Haibo Hu,Po‐Heng Lee,Steven T. Boles
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:54 (3): 1848-1856 被引量:29
标识
DOI:10.1021/acs.est.9b04749
摘要

Limitations of capacitive deionization (CDI) and future commercialization efforts are intrinsically bound to electrode stability. In this work, thermal treatments are explored to understand their ability to regenerate aged CDI electrodes. We demonstrate that a relatively low thermal treatment temperature of ∼500 °C can sufficiently recover the lost salt adsorption capacity of degraded electrodes. Furthermore, a systematic study of electrode replacement clarifies that the desalination ability loss and regeneration for a CDI cell are isolated to the aged anode, as expected. Characterizations of surface functionalities support that the acidic oxygen-containing functional groups formed in situ during cycling undergo thermal decomposition during treatment. The modified Donnan model quantitatively confirms that the surface charges originate from the formation/decomposition of functional groups. Accordingly, the lost pore volume and the increased resistance are recovered during thermal treatments, while the surface morphologies and pore structure of the electrodes are well-preserved. Therefore, thermal treatment can be applied practically to extend the lifetime of aged electrodes. This study also offers insights into strategies for minimizing electrode degradation or in situ regeneration such that the technology gains momentum for future commercialization.
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