碳?xì)饽z電極的電化學(xué)電容器
未來(lái)的電動(dòng)和混合動(dòng)力汽車將需要一些額外的動(dòng)力來(lái)快速加速或爬山。電力傳動(dòng)的能源/電力儲(chǔ)存技術(shù)的發(fā)展仍然是低排放車輛商業(yè)化面臨的最大挑戰(zhàn)之一。而其最需要的是將高比能量（即每單位重量或體積的能量）與高比功率組合的高效且低成本的系統(tǒng)。一個(gè)可行的解決方案是混合概念，其中高能量密度電池與諸如超級(jí)電容器的高功率密度器件耦合。
超級(jí)電容器的設(shè)計(jì)是用于快速儲(chǔ)存和釋放大量能量的電化學(xué)儲(chǔ)能裝置。它們通常被稱為“雙層電容器”，因?yàn)樗鼈儗㈦姾纱鎯?chǔ)在極化的固體/電解質(zhì)界面處。這種現(xiàn)象由電極材料的可用表面積和適當(dāng)?shù)目讖椒植家鸬摹?span id="sq8hksb" class="wpcom_keyword_link">碳?xì)饽z由于其低電阻率（<25 mohm*cm），可控的孔徑分布（5-500 A）和高比表面積和體表面積（分別為1000m2/g和500m2/cm3）而成為了理想的電極材料。勞倫斯·利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的研究人員已經(jīng)開發(fā)出了基于碳氣凝膠電極的空氣電容器。
空氣電容器（aerocapacitor）由正和負(fù)晶片薄度的（0.125mm）碳?xì)饽z電極組成。電極用電解液潤(rùn)濕的微孔隔板分開。原型裝置已經(jīng)在水（1V/cell）和有機(jī)電解質(zhì)（3V/cell）中進(jìn)行組裝完成。水性空氣電容器的能量和功率密度分別為2Wh/Kg和8KW/Kg。這些性能值比常規(guī)電解電容器高出約兩個(gè)數(shù)量級(jí)。
碳?xì)饽z電極的電吸附元件
研究人員最近開發(fā)了一種使用碳?xì)饽z電極的新型電化學(xué)分離方法，用于從水流中除去離子雜質(zhì)。一個(gè)單元（單個(gè)）由兩個(gè)碳?xì)饽z電極組成。它是不分割的，在運(yùn)行期間不使用膜材料。含有溶解離子的廢液只需要通過(guò)一堆耦合的碳?xì)饽z電極，就可以達(dá)到分離的目的。在一些簡(jiǎn)單的情況下，帶電雜質(zhì)被傳送到電極表面，并且可以靜電保持在通常為1至10nm（10至100A）厚的雙層中。然而，在大多數(shù)情況下，例如含有大量多價(jià)含氧陰離子或重金屬的廢液，分離手段則更為復(fù)雜。物理吸附，化學(xué)吸附，電沉積和/或電泳都有可能是其主要機(jī)制。Cr系統(tǒng)的結(jié)論性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和LLNL積累的廣泛成果支持這一解釋。在堆疊飽和后，通過(guò)在0V下放電完成重生過(guò)程，或者在-1.2V下通過(guò)反向極化來(lái)實(shí)現(xiàn)。反向極化可以增加再生效果和/或重新活化碳?xì)饽z電極。研究人員已經(jīng)證明在碳?xì)饽z電極上的電吸附過(guò)程優(yōu)于先前的由活性炭粉末或填充碳顆粒組成的電極的過(guò)程。
基于氣凝膠的電吸附研究已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模（10-40GPD，總?cè)芙夤腆w為50-500ppm，TDS）下處理各種陽(yáng)離子和陰離子。這些離子代表了地下含水層，海水和儲(chǔ)罐中的主要物質(zhì)（如Na+，NH4+，Cl-，ClO4-，NO3-）。此外，許多重金屬離子（銅，鋅，鎳，鎘，鉻，鉛和鈾）可從含廢液中除去。
這種使用碳?xì)饽z的電吸附方法是無(wú)污染，高能效的。是一種潛在的可替代其他去離子技術(shù)如反滲透，離子交換和蒸發(fā)的具有競(jìng)爭(zhēng)性的方法。這種潛在應(yīng)用還包括用于化石燃料和核電廠的鍋爐水的回收，用于生物技術(shù)和半導(dǎo)體加工的超純水，軟化家庭用水，以及淡化咸水和海水。
