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6月21日消息，近日，中國科學(xué)院合肥物理研究所（HFIPS）的一個研究小組開發(fā)了一種具有三維（3D）泡沫集電器的流動電極電容式海水淡化技術(shù)，提升了海水淡化的電荷轉(zhuǎn)移能力和整體淡化效率。他們的研究發(fā)表在Water Research上。

利用三維泡沫集流體進(jìn)行實(shí)際海水淡化的流動電極電容淡化示意圖。

流動電極電容式海水淡化（FCDI）技術(shù)作為一種新型的水處理技術(shù)，在海水淡化領(lǐng)域引起了廣泛關(guān)注。傳統(tǒng)的 FCDI 器件存在電荷轉(zhuǎn)移能力低和除鹽率不理想的問題。因此，探索新的集流體以提高FCDI器件的電荷轉(zhuǎn)移能力和電場分布是當(dāng)務(wù)之急。

3D 電方法已被認(rèn)為是一種有效的解決方案，可放大用于鹽水處理的 FCDI 裝置的電荷轉(zhuǎn)移能力。它增加了流動電極室的表面與體比，這可以大大促進(jìn)電荷轉(zhuǎn)移面積和電場分布。

在這項(xiàng)研究中，研究人員提出了一種 3D 碳涂層鎳泡沫來代替鈦網(wǎng)和石墨板作為一種新型集電器，以提高 FCDI 裝置的脫鹽性能。

3D 泡沫集電器充當(dāng)電荷導(dǎo)體。其固有的 3D 互連開孔結(jié)構(gòu)被用作流動通道，以擴(kuò)大集電器和碳漿之間的電荷轉(zhuǎn)移面積和電場分布。

(a) 2D 平面結(jié)構(gòu)和 (b) 3D 泡沫結(jié)構(gòu)集電器的 3D 電場模擬；(c) 2D 平面結(jié)構(gòu)和 (d) 3D 泡沫結(jié)構(gòu)集電器的電荷轉(zhuǎn)移面積。圖片來源：周洪建

研究人員在 3D 電場和計算流體動力學(xué)模擬中模擬了不同孔徑的 3D 泡沫和 2D 鈦網(wǎng)模型中碳漿的電場和流場。

他們發(fā)現(xiàn)，3D泡沫集流體的電荷轉(zhuǎn)移面積明顯大于2D平面集流體，使更多的活性炭顆粒有效帶電，提高了FCDI的電荷轉(zhuǎn)移能力和脫鹽性能。

此外，電化學(xué)測量顯示電荷轉(zhuǎn)移電阻顯著降低。擴(kuò)大了 3D 泡沫集電器的電化學(xué)活性表面。它顯示出良好的除鹽效率。

這種新穎的 3D 泡沫結(jié)構(gòu)集電器為提高海水淡化FCDI 裝置 的電荷轉(zhuǎn)移能力和整體淡化效率提供了一種新策略。