面向海水淡化及更广泛应用的高面载量嵌入型微叉指流场插层电极
化学物理
2023-06-09 v1 流体动力学
摘要
法拉第去离子化(FDI)是一种利用含氧化还原活性材料多孔电极实现节能海水淡化的前景技术。本文首次展示了对称 FDI 流电池的能力:从浓咸水(118 mM)生产淡水(<17.1 mM NaCl),从海水盐度进水(496 mM)生产近淡水盐度出水(19.1 mM),并将超高盐度卤水从 781 mM 降至 227 mM。这些显著的除盐水平得益于采用高面载量镍六氰合铁酸盐(NiHCF)普鲁士蓝类似物插层材料的流通式电极。为缓解流通式电极带来的泵送能耗,利用激光微加工在电极中嵌入了 <100 m 宽通道的叉指阵列。所得嵌入式微叉指流场(e-IDFFs)的微米级尺寸促进了具有高表观渗透率的流通式电极,同时最大限度减少了活性材料损失。我们的建模表明,这些 e-IDFFs 更适用于我们的插层电极,因为其渗透率比常见氧化还原液流电池电极低 100 倍以上,而后者过去仅采用毫米级流道宽度。总脱盐热力学能效(TEE)相较无图案电极提升逾十倍:咸水为 40.0% TEE,超高盐度卤水为 11.7% TEE,海水盐度进料为 7.4% TEE。稀释液与卤水水流间的水传输以及(电)化学效应引起的电荷效率损失被认为是限制能效与水回收的因素,这促使对其展开研究以提升未来 FDI 性能。
引用
@article{arxiv.2306.05198,
title = {Embedded, micro-interdigitated flow fields in high areal-loading intercalation electrodes towards seawater desalination and beyond},
author = {Vu Q. Do and Erik R. Reale and Irwin C. Loud and Paul G. Rozzi and Haosen Tan and David A. Willis and Kyle C. Smith},
journal= {arXiv preprint arXiv:2306.05198},
year = {2023}
}
备注
70 pages, 23 figures. Energy Environ. Sci. (2023)