Desalination of seawater by capacitive methods
Désalinisation de l'eau de mer par des méthodes capacitives
Résumé
Recently, a desalination technique based on porous carbon has been reported, merging together desalination process with electrochemical energy storage. Thanks to this new strategy, an important step forward, respect to other water desalination technologies, has been achieved. The principle is based on the capacitive adsorption of Na+ and Cl- ions in the pores of a porous activated carbon, constituting the active material of an electrochemical double layer capacitor electrode. Differently from conventional EDLC, the active material is made in the present case as slurries flowed through an electrochemical cell to achieve a continuous desalination of seat water; such system has been named Electrochemical Flow Capacitor (ELC). We first studied the different components of the electrochemical cell, from solvent / solute interactions to the structure of the carbons used as electrode materials. These studies were done using a conventional supercapacitor assembly, i.e. a cell in which the two porous carbon electrodes (anode and cathode) are implemented as a film. We characterized a desalinization cell using different type of electrodes using the [FeIII(CN)6]3- / [FeII(CN)6]4- redox couple as an electrochemical probe. Our approach allowed to define a dimensionless number teta, which is proportional to the flow rate and inversely proportional to the potential scan rate, giving a guideline to sort out different operating regimes in the flow cell. Two operating regimes have been evidenced: a permanent regime for teta > 45, allowing for higher and efficient charge adsorption, and a non-permanent domain for teta < 45. Finally, we proceeded to the formulation of carbon suspensions. We studied the rheology and the electrochemical properties of the suspensions according to the composition in order to determine the best suspension composition to use for our cell operating in EFC mode.
Dernièrement une technique de désalinisation à base de carbone poreux, qui constitue une avancée importante parmi les nombreuses technologies de désalinisation de l'eau, a été rapportée. Le principe repose sur le fait que les ions Na+ et Cl- sont adsorbés dans les pores des carbones sous l'effet d'une polarisation externe : les ions sodium sont adsorbés à l'électrode négative et les chlorures à la positive. Notre travail porte sur le développement des matériaux et sur le design des cellules optimisées, l'objectif étant d'améliorer le rendement énergétique du procédé de désalinisation. Dans ce contexte nous étudions aussi le concept de EFC (Electrochemical Flow Capacitor) qui consiste à faire circuler une suspension de carbone dans l'eau salée à l'intérieur d'une cellule électrochimique. Nous avons étudié dans un premier temps les différents composants de la cellule électrochimique, des interactions solvant/soluté jusqu'à la structure des carbones utilisés comme matériaux d'électrode. Ces études se sont faites en utilisant un montage classique de supercondensateur, c'est-à-dire une cellule dans laquelle les deux électrodes de carbone poreux (anode et cathode) sont mise en œuvre sous forme de film qui recouvre un colleteur de courant. Nous avons caractérisé une cellule de désalinisation en utilisant différents types d'électrodes et le couple redox [FeIII(CN)6]3- / [FeII(CN)6]4- comme sonde électrochimique. Notre approche a permis de définir un nombre sans dimension teta, qui est proportionnel au débit et inversement proportionnel à la vitesse de balayage du potentiel, donnant une ligne directrice pour définir les différents régimes de fonctionnement pour la cellule en mode flow. Deux régimes de fonctionnement ont été mis en évidence : un régime permanent pour teta> 45, permettant une adsorption de charge plus élevée et efficace, et un domaine non permanent pour teta <45. Enfin nous avons procédé à la formulation des suspensions de carbone. Nous avons étudié dans ce sens la rhéologie et les propriétés électrochimiques des suspensions en fonction de la composition, pour afin déterminer la meilleure composition de suspension à utiliser pour notre cellule fonctionnant en mode EFC.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
|---|