Capacitive mixing (CapMix) is a renewable method of extracting energy from the salinity gradient energy (SGE) between seawater and freshwater. The classical CapMix systems using solid electrodes generate electricity by periodically circulating seawater and freshwater into the CapMix system. The major limitation of classical CapMix is intermittent energy production. Therefore, the development of a new CapMix system to solve this limitation is highly desired. This thesis aims to develope an innovative CapMix system for continuous energy production. All the work is based on four papers and can be divided into the following parts.

In Chapter 1, a brief introduction to the SGE and CapMix is presented. 

In Chapter 2, a comparative study on the four classical CapMix systems, namely, capacitive energy extraction based on double layer expansion (CDLE), capacitive energy extraction based on the Donnan potential (CDP), and CDP with additional charging of constant voltage (CDP-CV) and constant current (CDP-CC)., is discussed. The influences of experimental parameters, e.g., applied voltage, applied current, accumulated charge, and the external load on the system performance, were systematically investigated and presented. A comprehensive comparison between these four classical CapMix systems is also given in this chapter.

Chapter 3 and Chapter 4 describe two novel CapMix systems based on flow electrode (F-CapMix) configuration which were developed to realize continuous energy production. The first one is a two-cell F-CapMix system, in which the flow electrode slurry was circulated between the two cells. The second is a one-cell F-CapMix system with cross chambers, in which there are two chambers between one pair of plates in parallel; the flow electrode slurry was circulated within the two graphite plates of the cell. The feasibility of these two F-CapMix systems was examined. The effect of the experimental parameters, e.g., activated carbon loading, carbon black amount, external resistance, feedwater flow rate, and flow electrode flow rate, on the system performance were systematically investigated and presented. 

In Chapter 5, a thorough study of the theoretical models related to the thermodynamic properties of the electric double layer at equilibrium, e.g., the Gouy-Chapman-Stern (GCS), Modified Poisson-Boltzmann-Stern (MPBS), modified Donnan (mD) and improved modified Donnan (i-mD) models is presented. The rationality and the physical interpretation of the parameters used in these models were detailed investigated and presented.

Kapacitiv blandning (CapMix) är en förnybar metod för att utvinna energi från salthaltsgradientenergin (SGE) mellan havsvatten och sötvatten. De klassiska CapMix-systemen som använder solida elektroder genererar elektricitet genom att periodiskt strömma havsvatten och sötvatten in i CapMix-systemet. Den största begränsningen för klassisk CapMix är den intermittenta energiproduktionen. Därför är utvecklingen av ett nytt CapMix-system för att lösa denna begränsning mycket önskvärt. Detta examensarbete syftar till att utveckla ett innovativt CapMix-system för kontinuerlig energiproduktion. Allt arbete bygger på fyra papper och kan delas upp i följande delar. 

I kapitel 1 presenteras en kort introduktion till SGE och CapMix. 

I kapitel 2, en jämförande studie av de fyra klassiska CapMix-systemen, nämligen kapacitiv energiextraktion baserad på dubbelskiktsexpansion (CDLE), kapacitiv energiextraktion baserad på Donnan-potentialen (CDP) och CDP med ytterligare laddning av konstant spänning (CDP) -CV) och konstant ström (CDP-CC). Inverkan av experimentella parametrar, t.ex. pålagd spänning, pålagd ström, ackumulerad laddning samt extern belastning på systemets prestanda undersöktes och presenterades systematiskt. Den omfattande jämförelsen mellan dessa fyra klassiska CapMix-system ges också i detta kapitel. 

I kapitel 3 och kapitel 4 utvecklades två nya CapMix-system baserade på flödeselektrodkonfiguration (F-CapMix) för att realisera kontinuerlig energiproduktion. Den första är ett F-CapMix-system med två celler, i vilket flödeselektrodsuspensionen cirkulerade mellan de två cellerna. Den andra är en encell med tvärkammare F-CapMix-system, i vilket det finns två kammare mellan ett par plattor parallellt, flödeselektrodsuspensionen cirkulerades inom cellens två grafitplattor. Genomförbarheten av dessa två F-CapMix-system undersöktes. Effekten av de experimentella parametrarna, t.ex. aktivt kol, mängd kimrök, externt motstånd, matarvattenflöde och flödeselektrodflödeshastighet på systemets prestanda undersöktes och presenterades systematiskt.

I kapitel 5, en grundlig studie av de teoretiska modellerna som relaterade till de termodynamiska egenskaperna hos det elektriska dubbelskiktet vid jämvikt, t.ex. Gouy-Chapman-Stern (GCS), Modified Poisson-Boltzmann-Stern (MPBS), modifierad Donnan (mD) och förbättrade modifierade Donnan (i-mD) modeller gavs. Rationaliteten och den fysiska tolkningen av parametrarna som används i dessa modeller undersöktes och presenterades i detalj.