本發(fā)明涉及一種制備流過式電容器用涂覆集流體電極的方法，該方法包括：

a 利用溶劑制備涂料漿液；

b 將涂料漿液涂敷在集流體上；以及

c 使涂敷在集流體上的涂料漿液中的溶劑蒸發(fā)。

背景技術(shù)：

近年來，人們已逐漸認(rèn)識到人類活動對環(huán)境的影響以及由此可能具有的不良后果。用于減少、重新利用和再循環(huán)資源的各種方法變得更為重要。特別地，干凈水成為稀缺商品。因此，已公開了用于凈化水的各種方法和設(shè)備。

用于水凈化的一種方法是利用裝備有用于去除水中離子的流過式電容器(FTC)的裝置由電容去離子。FTC起到用于電容去離子的電可再生單元的作用。通過對電極充電，離子從電解質(zhì)中去除并保持在電極的雙電層中。電極可以(部分地)電再生，從而在不添加化學(xué)制劑的情況下解吸這些先前去除的離子。

用于去除離子的裝置包括一對或多對間隔開的電極(每對電極包括陰極和陽極)和隔板，該隔板將電極隔開并使水流過電極之間。電極具有集流體或背襯層和可用于存儲去除的離子的高表面積材料，例如碳。集流體可與高表面積材料直接接觸。集流體是導(dǎo)電的，并將電荷傳送到電極中和從電極中傳送出來以及將電荷傳送到高表面積材料中。

電荷屏障可鄰近流過式電容器的電極放置。術(shù)語電荷屏障指的是能透過或半透過離子并能夠保持電荷的一層材料。具有與電荷屏障的電荷相反電荷的離子可穿過電荷屏障材料，而具有與電荷屏障的電荷類似電荷的離子不能穿過或僅能部分地穿過電荷屏障材料。與電荷屏障材料類似電荷的離子因而被容納于或受困于例如電極間和/或隔板間中。電荷屏障通常由離子交換材料制成。電荷屏障可使離子效率增大，這反過來使高效能的離子去除。

國際專利公布WO 2010/131951公開了一種制備用于流過式電容器用電極的涂覆集流體的方法。該方法包括利用水作為溶劑制備陽極涂覆集流體。涂覆集流體可在烘箱中進(jìn)行干燥，這會造成電極厚度的明顯減少。該方法可通過在升高的溫度下干燥碳涂層而獲得致密電極。

國際專利公布WO 2009/0020430和WO 2010/0170884公開了制備包括水、1-丁醇、聚氨酯和碳混合物的涂料。該涂料被涂覆在碳紙上，并在攝氏80°在室溫下進(jìn)行干燥。

碳涂覆集流體在烘箱中進(jìn)行干燥之后，一些溶劑可能會通常保留在碳涂覆集流體中。實(shí)際上，溶劑保留在碳涂覆集流體中通常是有益的，因?yàn)榉乐沽颂纪扛搽姌O的開裂。然而，如果集流體被存儲和/或運(yùn)輸，則可能會有一些進(jìn)一步的干燥。該進(jìn)一步的干燥可能會影響集流體的撓性，從而例如當(dāng)碳涂覆集流體彎曲時可能會在其中出現(xiàn)開裂。開裂可能會對碳涂覆集流體的工作會產(chǎn)生不良影響，因而通常應(yīng)避免開裂。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種用于制備流過式電容器用碳涂覆集流體電極的改進(jìn)方法。

因而，提供一種制備流過式電容器用涂覆集流體電極的方法，該方法包括：

a 制備包括下述重量％的涂料漿液：

10-50重量％的碳，具有至少500m²/g的比表面積；

0.3-5重量％的粘結(jié)劑；

10-50重量％基于總漿液的具有第一沸點(diǎn)的第一溶劑；以及

10-50重量％基于總漿液的具有第二沸點(diǎn)的第二溶劑，所述第二沸點(diǎn)低于所述第一沸點(diǎn)；

b 將所述涂料漿液涂敷到集流體上；以及

c 使涂敷在所述集流體上的所述涂料漿液中的所述第二溶劑在低于所述第一沸點(diǎn)的溫度下蒸發(fā)，所述第一沸點(diǎn)在1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下大于120℃。

通過這種方式，可以蒸發(fā)所述第二溶劑，同時所述第一溶劑保留在所述涂覆集流體中。通過使涂覆在所述集流體上的所述涂料漿液中的所述第二溶劑在低于所述第一溶劑的所述第一沸點(diǎn)的溫度下蒸發(fā)，所述第一溶劑可被選擇為具有高的沸點(diǎn)并且不能蒸發(fā)。通過這種方式，確保了存儲和/或運(yùn)輸期間，足夠的所述第一溶劑將保留在所述涂覆集流體中，以避免所述涂覆集流體開裂。所述第一溶劑可以基于所述總漿液以20-40重量％或25-35重量％存在。

所述第一溶劑可包括諸如多元醇(例如，三元醇或二元醇)的醇。

所述第一溶劑可以為丙三醇，丙三醇具有低毒性，因而浸出所述丙三醇不會污染與所述涂覆集流體接觸的水。

所述丙三醇可以是食品級丙三醇，因而所述涂覆集流體電極可用于飲用水應(yīng)用。

丙三醇在1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下具有290℃的沸點(diǎn)(請核查)，因此在運(yùn)輸和存儲期間將不會從涂覆電極蒸發(fā)。因而避免了涂覆電極的開裂。

所述第一溶劑可以是乙二醇。

所述第二溶劑可以是在1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下具有100℃沸點(diǎn)的水。以水作為溶劑的涂覆組合物廣為人知，因而，涂覆對于不同溶劑而言無需更多調(diào)適。所述集流體中剩余的水將不會污染在使用中與所述涂覆集流體接觸的水。

所述涂料漿液可通過刷涂(paste coating)、刮涂、浸涂、噴涂或旋涂或者通過凹版輥涂、擠涂或者通過層壓或者絲網(wǎng)印刷進(jìn)行涂覆。

利用該方法，可以產(chǎn)生用作流過式電容器用電極的涂覆集流體。

所述涂覆集流體(電極)可用在用于去除離子的裝置中，所述裝置具有外殼，所述裝置包括：

用于水進(jìn)入到外殼的內(nèi)部的進(jìn)水口；

用于使水離開外殼的內(nèi)部的出水口；

第一涂覆集流體和第二涂覆集流體；以及

用于將所述涂覆集流體隔開并使水在所述涂覆集流體之間流動的隔板。

根據(jù)另一實(shí)施方式，本發(fā)明可涉及一種用于流過式電容器用集流體的涂料，包括：

15-80重量％的碳，具有至少500m²/g的比表面積；以及

0.45-7.5重量％的粘結(jié)劑，其中所述涂覆集流體進(jìn)一步包括：

15-80重量％的第一溶劑，具有大于1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下120℃的常壓下的沸點(diǎn)溫度。

這些和其他方面、特征和優(yōu)點(diǎn)通過閱讀下述詳細(xì)描述和所附權(quán)利要求對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將變得明顯。為了避免疑惑，本發(fā)明的一個方面的任一特征可在本發(fā)明的任意其他方面中使用。應(yīng)注意，下文的描述中給出的實(shí)施例意在闡明本發(fā)明，并非意在將本發(fā)明限制至這些實(shí)施例本身。類似地，所有的百分比都是重量/重量百分比，除非另有說明。“從x至y”形式表達(dá)的數(shù)值范圍應(yīng)理解成包括x和y。對于具體特征，當(dāng)以“從x至y”形式描述多個優(yōu)選范圍時，應(yīng)理解組合不同端點(diǎn)的所有范圍也被考慮。

附圖說明

將僅通過實(shí)施例參照所附示意圖描述本發(fā)明的各實(shí)施方式，在示意圖中，相應(yīng)的附圖標(biāo)記指示相應(yīng)的部件，其中：

圖1顯示用于去除離子的裝置的示意截面；

圖2a顯示圖1的堆疊部3的細(xì)節(jié)放大；

圖2b顯示圖1的細(xì)節(jié)；

圖3顯示現(xiàn)有技術(shù)和每30分鐘進(jìn)行拍照以顯示干燥效果的丙三醇電極；

圖4顯示干燥120分鐘之后現(xiàn)有技術(shù)電極中的開裂；以及

圖5顯示24個電極的粗糙度平均值。

具體實(shí)施方式

用于去除離子的裝置的詳細(xì)說明

圖1顯示以根據(jù)本發(fā)明的方法生產(chǎn)的用于去除離子的裝置1的示意截面，其中去除了一部分外殼。在該示例中，裝置可包括十二個流過式電容器堆疊部3。流過式電容器堆疊部3可具有第一電極4(見圖2a，該圖為堆疊部的放大)、隔板8和第二電極6的重復(fù)單元。第一電極4可具有第一集流體5(見圖1)，其可與第一連接器11捆扎在一起。第二電極6可具有第二集流體9，其可以與第二連接器10同樣共同捆扎在裝置的另一側(cè)上。

第一連接器11(見圖2b，該圖為圖1的部分放大)可用于將第一集流體5夾在一起。集流體5、9以及第一連接器11和第二連接器10可由例如碳(例如石墨)的相同材料制成，以降低集流體5、9與連接器11、10之間的電阻率。第一連接器11可具有例如由諸如銅的金屬制成的插件15。插件15可被擰在第一連接器11中，從而確保插件15與第一連接器11之間的低電阻率。電源端子27是既連接到電源又連接到一個或多個連接器10、11的結(jié)構(gòu)。電源端子27可被固定在上部22和/或下部24和/或外殼的任意其他部分。電源端子27可具有例如由諸如銅的金屬制成的軌道，例如桿17，以便經(jīng)由第一連接器11的插件15將所有的第一連接器11電連接到電源(未示出)。第一連接器11和插件15可具有用于桿17的開口。插件15和桿17可通過用作水屏障的例如樹脂、膠或漿液而免受裝置內(nèi)的水的影響。樹脂、膠或漿液或任意其他防水材料可選地可在壓縮堆疊部之后涂敷到連接器11的中空部19。為了避免樹脂可能污染堆疊部3，可在插件15中提供橡膠環(huán)12。可提供托盤13有助于制造一個堆疊部3并將堆疊部3共同裝配在裝置的外殼21中。堆疊部3在外殼內(nèi)可被壓縮在上部22與下部24之間。外殼21的頂部23具有使桿17與電源進(jìn)行連接的直通部。這樣，電荷可例如在電極重生期間經(jīng)由第一集流體5進(jìn)入第一電極并且還可以再次離開電極?？山?jīng)由進(jìn)水口26將水提供到裝置的內(nèi)部，該水可在流過式電容器堆疊部3周圍流動，并可經(jīng)由隔板進(jìn)入堆疊部。流過式電容器堆疊部3在堆疊部的中部具有孔。該孔中可具有圓形管29，水可經(jīng)由孔與管之間的空間流動到出口30。管29的內(nèi)部可具有螺母35和螺紋桿33，它們可有助于壓縮堆疊部3中的電極，并用于將堆疊部3壓縮在外殼21的上部22和下部24之間。

在裝置生產(chǎn)期間或可選地在維護(hù)期間可能出現(xiàn)壓縮。通過一次性壓縮所有的堆疊部，可確保壓縮力對每個堆疊部而言是非常類似或均等的，同時均等或均勻地分布在電極的表面上。

在制造堆疊部3期間，包括第一集流體5的第一電極可被提供在托盤13中。隔板可位于第一電極的上部，第二電極可放在隔板的上部。隨后，隔板可放在第二電極的上部，然后是另一個第一電極。這可進(jìn)行重復(fù)，直到例如10個第一電極和第二電極單元被提供在堆疊部3中，被托盤13保持，每個第一電極通過隔板與第二電極隔開。隨后，連接器部件11可位于集流體5的上部，金屬插件15可從堆疊部3的另一側(cè)擰入穿過托盤13和第一集流體5，從而將堆疊部3固定到托盤13。

通過使插件15套在桿17上滑動，托盤13和堆疊部3可連接到第一電源端子27的桿17，以允許良好的電接觸。插件15中的孔的尺寸可使其允許插件15與桿17之間的良好電接觸，同時使插件15套在桿17上滑動。連接器11可被擠壓在托盤13上，其中通過將插件15擰入連接器部件11中，一個集流體5或多個集流體5位于連接器11與托盤13之間。為了確保連接器11與第一集流體5之間的良好電導(dǎo)率，連接器部件15和集流體上的壓強(qiáng)可小于100巴，優(yōu)選小于50巴，更優(yōu)選小于20巴，最優(yōu)選大約10巴。

多個堆疊部3可連接到桿17，并且堆疊部3可以類似的方式連接到第二連接器10?？山?jīng)由上部22和下部24以螺母35和螺紋桿33在堆疊部3上施加力，從而在平行于螺紋桿33的長度的第一方向上壓縮第一電極和第二電極，該螺紋桿垂直于電極的主表面。該力可在堆疊部上施加小于5巴、優(yōu)選小于3巴的壓強(qiáng)。

第一連接器11和第二連接器10使第一集流體5和第二集流體9沿著桿17、18在第一方向上運(yùn)動，從而集流體不因堆疊部3上的壓縮力而損壞。運(yùn)動在第一方向上可為多個堆疊部3的高度的大約0.05％至10％的范圍。足夠的壓強(qiáng)施加到堆疊部之后，樹脂或油脂可沿著或穿過第一連接器11和/或第二連接器10提供到連接器10、11的中空部19。硬化后的樹脂固定連接器10、11的位置，并可保護(hù)(金屬)插件15和桿17不腐蝕。

裝置可通過下述步驟進(jìn)行操作：

使水在電容器的第一電極4與第二電極6之間流動；

經(jīng)由控制器C對電容器充電荷，以便將離子吸引到電極4、6中；

通過經(jīng)由控制器從電容器釋放電荷，從電極釋放離子。為了獲得穩(wěn)定操作，對于裝置而言，確定從對電極進(jìn)行充電轉(zhuǎn)換到從電極釋放離子的時刻可能是重要的，反之亦然。

制備用于電極的涂覆集流體

一種用于制備流過式電容器用涂覆集流體電極的方法，包括：

a 制備包括下述重量％的涂料漿液：

10-50重量％的碳，具有至少500m²/g的比表面積；

0.3-5重量％的粘結(jié)劑；

10-50重量％基于總漿液的具有第一沸點(diǎn)的第一溶劑；以及

10-50重量％基于總漿液的具有第二沸點(diǎn)的第二溶劑；

b 將涂料漿液涂敷在集流體上；以及

c 使涂敷在集流體上的涂料漿液中的第二溶劑在低于第一沸點(diǎn)的溫度下蒸發(fā)。

碳

涂料中的碳包括活性碳，可選地為任意其他碳材料，例如碳黑?；钚蕴伎梢允钦羝钚蕴蓟蚧瘜W(xué)活性碳，優(yōu)選為蒸汽活性碳，例如DLC A Supra Eur(出廠Norit)。碳優(yōu)選具有至少500m²/g的比表面積，優(yōu)選至少1000m²/g，更優(yōu)選至少1500m²/g。陽極和陰極可均由不同碳材料制造。碳的表面積越高，集流體的存儲能力越高。碳的比表面積例如可通過如本領(lǐng)域中常用的B.E.T方法測量，

碳可以按干燥涂料重量的至少50％、優(yōu)選至少60％、更優(yōu)選至少70％或甚至至少75％的濃度存在于涂料中。組合物通常不包含超過干燥涂料的重量的98.5％的碳。

粘結(jié)劑

粘結(jié)劑可與碳材料混合。優(yōu)選地，粘結(jié)劑為水基粘合劑。粘結(jié)劑系統(tǒng)可因其濕潤碳顆?；蚣黧w材料的能力而被選擇，或者可向粘結(jié)劑混合物添加表面活性劑或其他試劑以更好濕潤碳顆?；蚴?。分散劑或分散試劑為表面活性物質(zhì)，其可添加到碳涂料漿液，以便改善碳顆粒的分散并防止它們在制造、存儲、涂覆和膜形成期間沉淀和成塊。分散劑還可添加到碳涂料漿液，以便穩(wěn)定粘結(jié)劑或改善粘結(jié)劑的分散，尤其是對于水基粘合劑的粘結(jié)劑而言。

分散劑可以是任意類型的表面活性劑或任意類型的乳化劑，并可以基于親水親油平衡數(shù)進(jìn)行選擇。分散劑可以是合成洗滌劑、肥皂、聚合表面活性劑或任意類型的不帶電聚合物，特別是水溶性聚合物或其任意混合物。洗滌表面活性劑可以是陰離子型、陽離子型或非離子型或其混合物。表面活性劑可以是十二烷基硫酸鈉、烷基苯磺酸鹽或烷基乙氧基化物和氧化胺表面活性劑。還可使用在噴墨或顏料和涂料行業(yè)中使用的分散劑(例如和)以及其他多種分散劑。

分散劑還可以是聚合電解質(zhì)。然而，除了分散劑之外還可添加聚合電解質(zhì)，因?yàn)榭梢允闺娊赓|(zhì)和分散劑獨(dú)立于彼此最佳化。例如，聚合電解質(zhì)的最佳量可不同于分散劑的最佳量，并且通過獨(dú)立地優(yōu)化分散劑和聚合電解質(zhì)，分散劑和聚合電解質(zhì)可以最佳量存在。

不帶電聚合物的示例為聚環(huán)氧乙烷、聚乙二醇和聚乙烯吡咯烷酮(PVP，例如國際專業(yè)產(chǎn)品(ISP)中的系列或PVP系列)。

合適的商用粘結(jié)劑材料可為聚丙烯酸類粘結(jié)劑，例如來自3M^TM的Fastbond^TM系列。

粘結(jié)劑可以按干燥涂料重量的至少1％、優(yōu)選至少2％、更優(yōu)選至少5％的濃度存在于涂料中。粘結(jié)劑以干燥涂料重量的小于50％、優(yōu)選小于40％、更優(yōu)選小于30％、再優(yōu)選小于20％、仍優(yōu)選小于15％的濃度優(yōu)選存在于涂料中。

聚合電解質(zhì)

可添加聚合電解質(zhì)。聚合電解質(zhì)可以是陰離子型或陽離子型。包含聚合電解質(zhì)的碳電極可用在FTC單元中，其用或者不用離子選擇膜進(jìn)行構(gòu)建。原則上，陰離子型或陽離子型聚合電解質(zhì)可用于陽極和陰極兩者。而且，陰離子型和陽離子型聚合電解質(zhì)的混合物也可用作用于陽極和陰極的兩性離子聚合體。然而，優(yōu)選對陽極使用陽離子型聚合電解質(zhì)，對陰極使用陰離子型聚合電解質(zhì)，以便獲得離子存儲能力的提高。

在本發(fā)明上下文中，合適的陽離子型聚合電解質(zhì)例如為氮基聚合電解質(zhì)。商業(yè)上可用的這種類型的聚合電解質(zhì)為聚乙烯亞胺，例如(出廠BASF)，聚季銨鹽，例如聚季銨鹽(出廠Nalco)，聚酰胺和聚乙烯基吡啶及其衍生物，以及陽離子型聚丙烯酰胺，例如Accepta(出廠Accepta)。

合適的陰離子型聚合電解質(zhì)為磺化聚合物和羧化聚合物及其混合物。商業(yè)上可用的陰離子型聚合電解質(zhì)為聚苯乙烯磺酸鹽，例如(出廠National Starch)和聚羧酸酯，例如Sokolan^TM系列(出廠Basf)。

陽離子型和陰離子型聚合電解質(zhì)都優(yōu)選具有至少200D、更優(yōu)選至少500D、再優(yōu)選至少1000D的分子量。分子量優(yōu)選不超過5,000,000D、優(yōu)選小于100,000D、再優(yōu)選小于10,000D。聚合電解質(zhì)可以為包括較寬分子量范圍的均勻分散或多分散的。

聚合電解質(zhì)可以按干燥涂料重量的至少0.5％、優(yōu)選至少1％、更優(yōu)選至少2％或者甚至至少4％的濃度存在于涂料中。聚合電解質(zhì)可以按照干燥涂料重量的不超過30％、優(yōu)選不超過20％、更優(yōu)選不超過15％或者甚至小于10％的濃度優(yōu)選存在。碳和聚合電解質(zhì)的量可以調(diào)節(jié)，以便平衡陽極和陰極電極的電容。實(shí)際上，這意味著與陰極電極相比，更多的聚合電解質(zhì)和/或碳可用于陽極電極。

溶劑

適于混合涂料漿液的溶劑可以為基于總漿液10-50重量％、優(yōu)選20-40重量％、更優(yōu)選25-35重量％的具有第一沸點(diǎn)的第一溶劑，以及基于總漿液10-50重量％、優(yōu)選20-40重量％、更優(yōu)選25-35重量％的具有第二沸點(diǎn)的第二溶劑。

第一溶劑可以為乙醇，例如多元醇，例如三元醇(如丙三醇)，或例如二元醇(dyol)(如乙二醇)。丙三醇可以為食品級丙三醇，從而電極可在用于飲用水的裝置中使用。第一溶劑的第一沸點(diǎn)在1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下大于120℃。

第二溶劑可為水，并且第二沸點(diǎn)在1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下可為100℃。第二溶劑的第二沸點(diǎn)低于第一溶劑的第一沸點(diǎn)。

第二溶劑通常從漿液中蒸發(fā)，以便在集流體上形成固態(tài)涂料。蒸發(fā)例如可通過暴露于空氣(環(huán)境空氣或加熱的空氣)來實(shí)現(xiàn)。

干燥之后，涂料優(yōu)選包含小于50％的溶劑，更優(yōu)選小于30％、再優(yōu)選小于10％的第二溶劑。

第一溶劑可保留在集流體上的固態(tài)涂料中，直到使用中的電極將利用水進(jìn)行沖洗，并且第一溶劑可被沖走。

方法

在一個實(shí)施方式中，本發(fā)明提供一種用于制備涂覆集流體的方法，包括步驟：

制備包括以下的涂料漿液：

碳；

粘結(jié)劑；和

溶劑

將涂料漿液涂敷到集流體上，并干燥涂覆集流體，從而蒸發(fā)第二溶劑。

干燥涂覆集流體可在15℃至120℃、優(yōu)選30℃至120℃的溫度范圍內(nèi)完成。

為了制造涂覆集流體，碳漿液可通過刷涂、刮涂、浸涂、噴涂或旋涂成單層或多層，以及通過凹版輥涂、擠涂或通過層壓或者絲網(wǎng)印刷被涂敷。例如，絲網(wǎng)印刷工藝包括迫使碳漿液通過覆蓋有模板的基底，例如或者通過已被安裝在堅(jiān)固框架中的金屬絲網(wǎng)。在此情況下，碳漿液僅通過模板的開放區(qū)域，并沉積在位于框架下方的打印基底上，例如僅利用一些簡單的物品可實(shí)現(xiàn)手動絲網(wǎng)印刷：堅(jiān)固框架、絲網(wǎng)織物、模板、橡膠滾軸和碳漿液?？墒褂米詣訅褐圃O(shè)備，其可極大地加速該工藝。集流體片可在兩側(cè)涂覆有碳漿液。

干式電極

通過本發(fā)明的方法制成的干式電極，當(dāng)涂覆在集流體上時通常具有至少50、優(yōu)選至少大約100、更優(yōu)選至少大約200微米，并優(yōu)選小于1000、更優(yōu)選小于750微米的厚度。

集流體

集流體可以是任意普通類型的集流體。制成集流體的材料為傳導(dǎo)材料。合適的材料例如為諸如石墨的碳或具有高石墨含量的碳混合物、諸如銅、鈦、鉑、(不銹)鋼、鎳和鋁的金屬。集流體通常為片的形式。這種片在此被限定為適合于以至少33Amps/m²且高達(dá)2000Amps/m²進(jìn)行運(yùn)輸。當(dāng)使用石墨箔的表面時，這種表面可進(jìn)行電暈處理、等離子蝕刻、化學(xué)或機(jī)械打磨或氧化，以增強(qiáng)粘結(jié)劑粘合。石墨集流體的厚度于是典型地變?yōu)?00到1000微米，通常200到500微米。

電荷屏障層

電荷屏障已在US6,709.560中公開用于FTC。本發(fā)明提供了一種涂覆集流體作為實(shí)施方式，如在上文中所公開的那樣，進(jìn)一步包括涂敷到電極涂層的電荷屏障，該電荷屏障包括選擇用于陰離子或陽離子的膜，該電荷屏障作為另一涂層或作為疊層涂敷到電極涂層。

在另一實(shí)施方式中，本發(fā)明提供了一種包括根據(jù)本發(fā)明的涂覆集流體的系統(tǒng)，包括碳、粘結(jié)劑和聚合電解質(zhì)以及如US6,709,560中所公開的單獨(dú)的傳統(tǒng)電荷屏障。

合適的膜材料可以是勻質(zhì)或異質(zhì)的。合適的膜材料包括陰離子交換和/或陽離子交換膜材料，優(yōu)選為包括強(qiáng)游離的陰離子團(tuán)和/或強(qiáng)游離的陽離子團(tuán)的離子交換材料。這些膜材料的示例為Neosepta^TM系列材料(出廠Tokuyama)，PC-SA^TM和PC-SK^TM系列(出廠PCA GmbH)，出廠Fumatec的離子交換膜、離子交換膜材料Ralex^TM(出廠Mega)或者Excellion^TM系列的異質(zhì)膜材料出廠Snowpure)。

涂覆集流體FTC的應(yīng)用

涂覆集流體特別用在FTC設(shè)備中，該設(shè)備例如在諸如咖啡壺、咖啡機(jī)、洗衣機(jī)、洗碗機(jī)、具有冰或水分散劑的冰箱、蒸汽熨斗等的家用電器中需要低系統(tǒng)費(fèi)用，其中去除諸如鈣和鎂的硬性離子以及其他離子是有益的。它們還可以用于民用水處理，例如整個家庭的使用設(shè)備的端點(diǎn)以及輸入設(shè)備的端點(diǎn)。這些電極還可以用于商業(yè)和工業(yè)應(yīng)用，例如農(nóng)業(yè)水處理(例如，地下水和地表水的處理)、鍋爐水、冷卻塔、工藝用水、制漿和造紙、實(shí)驗(yàn)室用水、污水處理、采礦以及用于超純水制備。最后，電極可用于去除在例如游泳池中諸如硝酸鹽以及例如地下水中的砷和/或氟化物的問題離子。

現(xiàn)在將通過下述非限制實(shí)施例說明本發(fā)明；

實(shí)施例1

-添加自來水：32.67重量％

-添加聚磺酸鹽：0.76重量％

-混合

-添加炭黑1.69重量％

-混合

-添加丙三醇32.54重量％

-混合

-添加活性炭(出廠Norit)29.58重量％(碳)

-混合

-添加粘結(jié)劑2.76重量％

在石墨箔上涂刷漿液(速度：5mm/s)，并干燥涂料漿液，以制成涂覆集流體。

實(shí)施例2

在電極涂覆過程期間，通過僅使用一種溶劑，例如水，于是電極漿液的一些水需要蒸發(fā)掉，以便固化粘結(jié)劑并穩(wěn)定電極。另一方面，一些水需要留在電極中以避免電極缺陷。例如，水從中完全蒸發(fā)的電極通常顯示開裂，尤其是厚度較大時，即，厚度大于100微米。

將電極保持在這兩種水分含量之間的需求不僅使得電極制造過程更為復(fù)雜，而且在使用電極時由于其較短的操作時間會出現(xiàn)問題。當(dāng)電極暴露于空氣時，水被蒸發(fā)，標(biāo)準(zhǔn)電極的平均操作時間為20分鐘，此時間之后開始出現(xiàn)缺陷。

為了解決該問題，申請人在具有不同沸點(diǎn)的兩種不同溶劑中制備碳漿液。

在該實(shí)施例中，50％的丙三醇添加到配方中，替換一部分水。結(jié)果，電極的水將在涂覆(干燥)工藝期間蒸發(fā)，而丙三醇因其高沸點(diǎn)(290℃)將會留在電極中，從而確保電極不會開裂并且防止電極變脆。另外，包含丙三醇的電極更有柔性。通過使用第二溶劑，電極的操作時間為大約20分鐘到若干個小時或者甚至數(shù)周和數(shù)月。

優(yōu)點(diǎn)

電極中無缺陷

丙三醇電極沒有因烘箱干燥引起的開裂或表面缺陷。電極還有柔性并且能夠彎曲，因而電極可以產(chǎn)生作用。另一優(yōu)點(diǎn)是丙三醇電極的電極厚度會更大，這導(dǎo)致FTC裝置中的電極的離子存儲能力更高。

改進(jìn)的操作時間

標(biāo)準(zhǔn)電極和丙三醇電極在室溫(20℃)放在工作臺上，根據(jù)圖3a(開始)、圖3b(30分鐘之后)、圖3c(60分鐘之后)、圖3d(90分鐘之后)和圖3f(120分鐘之后)每30分鐘進(jìn)行拍照(現(xiàn)有技術(shù)的電極在背景中，丙三醇電極在圖片的前景中)。現(xiàn)有技術(shù)的電極在沖孔之后浸泡在水中，從而在實(shí)驗(yàn)開始之前防止干燥，另一方面，丙三醇電極已暴露于空氣六個月。

圖4公開了干燥120分鐘之后至環(huán)境溫度并且電極隨后變平坦之后現(xiàn)有技術(shù)電極中的開裂。

電極操作時間從現(xiàn)有技術(shù)的電極的大約20分鐘增加至丙三醇電極的近乎無窮。這提供了以下有利之處：

■干燥堆疊部的可能性，因而更容易使建構(gòu)過程自動化；

■在涂覆工藝結(jié)束時無需對電極再增加水分(通過噴水)。這防止了涂料線氧化，因此延長了機(jī)器的壽命。

更為穩(wěn)健的過程

更容易且更精確地設(shè)定最后的溶劑含量。這減少了最終產(chǎn)品的水分變化。因而，更少的電極不合乎規(guī)范，因而殘次品更少。

對電極的未來發(fā)展開啟新的可能性

由于丙三醇在水蒸發(fā)條件不會蒸發(fā)，因而電極能夠多次經(jīng)歷涂料線的烘箱，從而允許：

■雙側(cè)涂覆電極。在集流體的兩側(cè)涂覆電極

■在電極上涂膜

粗糙度測試

圖5顯示了24個電極的粗糙度平均值。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的丙三醇電極G比根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)電極S粗糙度小25％。這改善了堆疊部建構(gòu)期間電極與膜之間的接觸，改善了用于去離子水的裝置的質(zhì)量。

應(yīng)理解的是，所公開的實(shí)施例僅例示本發(fā)明，本發(fā)明可以各種形式進(jìn)行體現(xiàn)。因此，在此開的特定結(jié)構(gòu)和功能細(xì)節(jié)不應(yīng)被解釋為限制，而是僅僅作為權(quán)利要求的基礎(chǔ)并作為用于教導(dǎo)本領(lǐng)域技術(shù)人員以各種方式和實(shí)際上以任意適當(dāng)詳細(xì)結(jié)構(gòu)實(shí)施本發(fā)明的代表性基礎(chǔ)。而且，在此使用的術(shù)語和短語并非意在限制，而是相反，意在提供本發(fā)明的可理解描述。

如在此使用的術(shù)語“一種”被限定為一種或一種以上。如在此使用的術(shù)語另一個或下一個被限定為至少第二個或更多個。如在此使用的術(shù)語包括和/或具有被限定為包括(即，不排除其他元件或步驟)。權(quán)利要求中的任意附圖標(biāo)記不應(yīng)被理解為限制權(quán)利要求或發(fā)明的范圍。在互相不同的從屬權(quán)利要求中限定的某些措施的僅有事實(shí)并非表明這些措施的組合無優(yōu)勢可用。本發(fā)明的范圍僅由所附權(quán)利要求限制。