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6月21日消息，近日，中国科学院合肥物理研究所（HFIPS）的一个研究小组开发了一种具有三维（3D）泡沫集电器的流动电极电容式海水淡化技术，提升了海水淡化的电荷转移能力和整体淡化效率。他们的研究发表在Water Research上。

利用三维泡沫集流体进行实际海水淡化的流动电极电容淡化示意图。

流动电极电容式海水淡化（FCDI）技术作为一种新型的水处理技术，在海水淡化领域引起了广泛关注。传统的 FCDI 器件存在电荷转移能力低和除盐率不理想的问题。因此，探索新的集流体以提高FCDI器件的电荷转移能力和电场分布是当务之急。

3D 电方法已被认为是一种有效的解决方案，可放大用于盐水处理的 FCDI 装置的电荷转移能力。它增加了流动电极室的表面与体比，这可以大大促进电荷转移面积和电场分布。

在这项研究中，研究人员提出了一种 3D 碳涂层镍泡沫来代替钛网和石墨板作为一种新型集电器，以提高 FCDI 装置的脱盐性能。

3D 泡沫集电器充当电荷导体。其固有的 3D 互连开孔结构被用作流动通道，以扩大集电器和碳浆之间的电荷转移面积和电场分布。

(a) 2D 平面结构和 (b) 3D 泡沫结构集电器的 3D 电场模拟；(c) 2D 平面结构和 (d) 3D 泡沫结构集电器的电荷转移面积。图片来源：周洪建

研究人员在 3D 电场和计算流体动力学模拟中模拟了不同孔径的 3D 泡沫和 2D 钛网模型中碳浆的电场和流场。

他们发现，3D泡沫集流体的电荷转移面积明显大于2D平面集流体，使更多的活性炭颗粒有效带电，提高了FCDI的电荷转移能力和脱盐性能。

此外，电化学测量显示电荷转移电阻显着降低。扩大了 3D 泡沫集电器的电化学活性表面。它显示出良好的除盐效率。

这种新颖的 3D 泡沫结构集电器为提高海水淡化FCDI 装置 的电荷转移能力和整体淡化效率提供了一种新策略。