纳米结构碳纤维集流体使电极能够承受高负载，从而实现高性能的电化学海水淡化

《Advanced Fiber Materials》：Nanostructured Carbon Fiber Current Collector Enabling High Mass-Loading Electrodes for High-Performance Electrochemical Desalination

电容去离子电极通过碳纤维预构建高有序多孔碳纳米片阵列并负载MnO?/BiOCl，使活性层厚度减少26倍，缩短离子电子传输距离，同时3D结构提升动力学性能。在24 mg/cm2负载下，电极达到0.72 mg/cm2面容量和30.8 mg/g比容量，并保持优异循环稳定性，证实电流收集器微结构设计可有效提升CDI电极性能。

　　

摘要

电容去离子（CDI）是一种有前景的脱盐技术，可用于缓解淡水短缺问题。然而，设计和制造具有高载质量和高性能的CDI电极以满足实际需求（约10 mg cm^?2）并提高CDI装置的面积容量仍然具有挑战性。在此，我们提出了一种电流收集器结构策略来制备MnO₂@CSA和BiOCl@CSA电极：首先在碳纤维（CSA）上预先构建高度有序的多孔碳纳米片阵列，然后沉积MnO₂或BiOCl。研究表明，与传统平面电流收集器相比，碳纤维的表面纳米结构化能够在高载质量（>20 mg cm^?2）下将活性材料层的厚度有效减少约26倍，从而大幅缩短离子和电子的传输距离。同时，MnO₂@CSA和BiOCl@CSA电极的开放三维阵列网络使其具有快速的离子扩散和吸附动力学。因此，在总体载质量约为24 mg cm^?2的情况下，MnO₂@CSA||BiOCl@CSA电池表现出优异的面积盐吸附容量（0.72 mg cm^?2和30.8 mg g^?1），以及出色的循环稳定性。我们的研究揭示了电流收集器微观结构的合理设计可以显著提升CDI电极的载质量和脱盐性能，从而更好地满足实际需求，并为CDI的应用带来巨大潜力。

图形摘要