[發明專利]超級電容脫鹽單元、裝置和方法

有效

• 申請號: 201110144233.5
• 申請日: 2011-05-31
• 公開（公告）號: CN102807266A
• 公開（公告）日: 2012-12-05
• 發明（設計）人: 熊日華;蔡巍;約翰.巴伯;張呈乾;拉塞爾.J.麥克唐納;基思.J.希姆斯
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: C02F1/461
• 分類號: C02F1/461
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 彭久云

技術領域

本發明涉及一種超級電容脫鹽單元、裝置和方法，尤其涉及一種使用離子選擇層(Ion?Selective?Layers)的超級電容脫鹽(Supercapacitor?Desalination，SCD)單元、裝置和方法。

背景技術

SCD裝置通常是指可用于使海水淡化或使其他苦咸水去除離子，從而將其含鹽量降低至可接受水平以供家用或工業用的超級電容裝置(Supercapacitor)。通常，一個超級電容脫鹽單元具有一個雙層的結構，在該結構中，由微粒活性碳或其他導電的高比表面積(Surface?Area)材料組成的一對電極被隔網層(Spacer)隔開。特別的，該超級電容脫鹽單元還包括與相應的電極緊密接觸的可導電的集流體元件。

在一定的應用中，超級電容脫鹽單元設置有與相應電極接觸的復數個離子選擇層。這樣，在超級電容脫鹽單元分別處于充電和放電的狀態時，該離子選擇層可便于電解質中的正離子和負離子朝向或遠離相應的電極進行吸附或脫附。然而，在現有的應用中，由于多價離子(Polyvalent?Ions)通常比單價離子(Monovalent?Ions)具有更高的極性，從而離子選擇層通常對多價離子有更強的選擇性，這對于單價離子的移除是不利的。

此外，當有選擇性的移除離子，比如鈣離子(Ca²⁺)和鎂離子(Mg²⁺)時，由于二價(Divalent)離子更容易通過相應的離子選擇層被吸附到相應的電極上，這就可能導致鈣離子和鎂離子及硫酸根離子(SO₄^2-)和碳酸根離子(CO₃^2-)在相應電極上的濃度增加，從而進一步導致在充放電過程中在電極內或電極與離子選擇層間增加發生沉淀或結垢(Scale?Formation)的風險。

所以，需要提供一種新的可用來選擇性移除單價離子并避免在其內產生結垢的設置有離子選擇層(Ion?Selective?Layers)的超級電容脫鹽(Supercapacitor?Desalination)單元、裝置、系統和方法。

發明內容

本發明的一個實施例提供了一種超級電容脫鹽單元。該超級電容脫鹽單元包括第一電極、第二電極、設置于所述第一和第二電極間的隔網裝置及設置于所述第一和第二電極中的至少一個上的單價離子選擇層。

本發明另一個實施例提供了一種超級電容脫鹽裝置。該超級電容脫鹽裝置包括一個或一個以上的相互連通的超級電容脫鹽堆疊裝置。所述一個或一個以上的相互連通的超級電容脫鹽堆疊裝置中的至少一個包括復數個堆疊的超級電容脫鹽單元及設置在相鄰的所述超級電容脫鹽單元間的絕緣隔離裝置。所述超級電容脫鹽單元中的至少一個包括第一電極、第二電極、設置于所述第一和第二電極間的隔網裝置及設置于所述第一和第二電極中的至少一個上的單價離子選擇層。

本發明實施例進一步提供了一種流體脫鹽方法。該脫鹽方法包括設置超級電容脫鹽裝置及輸入流體通過所述脫鹽裝置進行脫鹽。其中該超級電容脫鹽裝置包括第一電極、第二電極、設置于所述第一和第二電極間的隔網裝置及設置于所述第一和第二電極中的至少一個上的單價離子選擇層。

附圖說明

通過結合附圖對于本發明的實施例進行描述，可以更好地理解本發明，在附圖中：

圖1到圖3分別為本發明超級電容脫鹽單元的復數個實施例的示意圖；

圖4到圖9分別為本發明超級電容脫鹽裝置的復數個實施例的示意圖；及

圖10為本發明超級電容脫鹽裝置的一個實施例的示意圖。

具體實施方式

圖1所示為本發明超級電容脫鹽單元10的一個實施例的示意圖。如圖1所示，超級電容脫鹽單元10包括了第一集流體11、第二集流體12、第一電極13、第二電極14、隔網裝置15、單價陰離子選擇層16和單價陽離子選擇層17。第一和第二電極13和14分別與相應的第一和第二集流體11和12接觸。隔網裝置15設置于單價陰離子選擇層16和單價陽離子選擇層17之間。

在一些示例中，第一集流體11在充電過程中可與電源(未圖示)的正極相連。第二集流體12在充電過程中可與電源的負極相連，從而第一電極13可作為正極(或陽極)，第二電極14可作為負極(或陰極)使用。相應地，在圖1所示的實施例中，單價陰離子選擇層16可與陽極13接觸，單價陽離子選擇層17可與陰極14接觸。