Pseudokapacitive elektroder med høj kapacitet ved valensteknik udviklet til afsaltning

For nylig, forskerne fra Institute of Solid State Physics, Hefei Institutes of Physical Science (HFIPS) fra det kinesiske videnskabsakademi brugte valensteknik til at udvikle tre manganoxider som elektroder med forskellige Mn-valenser til højtydende kapacitiv afsaltning.

Omvendt osmose og termisk destillation er meget brugt til at behandle saltvand med høj saltkoncentration, men de har ulemper, herunder højt energiforbrug og høje omkostninger.

Som en alternativ metode, Kapacitiv deioniseringsteknologi (CDI) kan fjerne ladede ioner fra afsaltvand gennem elektrosorption eller pseudokapacitiv reaktion. Imidlertid, der er få rapporter om manganoxider med lavere valens af Mn sammenlignet med antallet af rapporter om MnO ₂ . Derfor, om der er forskel i afsaltningsydelse i så forskellige valenstilstande af Mn og de interne årsager er værd at undersøge.

I dette studie, på grund af Faradic-elektrodens højkapacitetskarakteristik, forskerne fremstillede tre kulstofsammensætninger af manganoxid med forskellige valenstilstande af Mn ved at kalcinere MnNO ₃ @C forløber under forskellige atmosfærer og temperaturer, og kombineret dem med en kommerciel aktiveret kulelektrode for at samle en asymmetrisk CDI-enhed. Alle som fremstillede manganoxider opretholdt den spindellignende morfologi af precursoren.

Resultaterne viste, at manganoxider med divalente, trivalent og divalent/trivalent udviste alle høj saltadsorptionskapacitet og tilsvarende høje saltadsorptionshastigheder i 500 mg L-1 NaCl-opløsning, overgår andre avancerede kulstofmaterialer. Blandt dem, MnO@C indikerede den bedste elektrosorptionsydelse og Mn ₃ O ₄ @C har det værste.

Beregningsresultaterne fra densitetsfunktionsteorien (DFT) viste, at valenstilstanden for mangan under Na+-absorption kunne medføre tydelige uoverensstemmelser i den rumlige struktur og absorptionskapacitet. Derfor, forskerne konkluderede, at med hensyn til kapacitet og stabilitet, manganoxiderne med divalent (MnO@C) var mere egnede end trivalente (Mn ₂ O ₃ @C) og divalent/trivalent (Mn ₃ O ₄ @C) manganoxider til CDI-afsaltning.

Valensteknologien giver en ny måde til at forberede højtydende pseudokapacitive materialer til kapacitiv afsaltning.