[發明專利]用于氣體分離的電化學方法

有效

• 申請號: 201680076165.4
• 申請日: 2016-10-26
• 公開（公告）號: CN108463433B
• 公開（公告）日: 2022-04-26
• 發明（設計）人: 薩哈格·沃斯基昂;特雷弗·艾倫·哈頓
• 申請（專利權）人: 麻省理工學院
• 主分類號: C01B9/08
• 分類號: C01B9/08;C01B35/06;H01M50/409;H01M50/411;H01M50/44;H01M4/136;H01M4/58;H01M8/1067;H01M10/0563
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 蔡勝有;顧晉偉

本公開內容一般性地涉及用于通過電化學過程從氣體混合物(例如，氣體流)中分離目標物質(例如，CO₂)的設備、系統和方法。

相關申請

本申請要求于2015年10月27日提交的題為“ELECTROCHEMICAL SWINGPSEUDOCAPACITIVE PROCESS FOR GAS SEPARATION”的美國臨時專利申請序列第62/246,640號的優先權，其出于所有目的通過引用整體并入本文。

技術領域

本發明一般性地涉及用于通過電化學過程從氣體流中分離目標物質的設備、系統和方法。

背景技術

已做出努力來從氣體混合物中除去目標物質。例如，過去的二十年來，已經持續努力地通過限制人為二氧化碳(CO₂)排放來緩解全球變暖。碳捕集和儲存(carbon captureand storage，CCS)是為了此目的迄今為止提出的研究最多的解決方案之一，并且已經采取了許多方法以在二氧化碳產生的不同階段處理二氧化碳：或者在發電廠進行燃燒后捕集；或者將其從大氣中濃縮，然后對其進行加壓并儲存在地質構造中或者將其轉化為商業上有用的化合物。因此，已經設計了許多碳捕集方法并取得了不同程度的成功。然而，目前的方法/系統具有許多缺點，包括高能量需求和廢物。此外，常規的捕集二氧化碳的熱方法無法滿足管理機構設定的日益嚴格的效率和容量標準。因此，需要改進的設備、方法和/或系統。

發明內容

本公開內容一般性地涉及用于通過電化學過程從氣體混合物(例如，氣體流)中分離目標物質(例如，CO₂)的設備、系統和方法。

在一些實施方案中，提供了電化學電池。所述電化學電池可以包括：第一負電極和第二負電極，其各自包括透氣層和主電活性復合層；正電極，其位于所述第一負電極與所述第二負電極之間，并且包括面向所述第一負電極的第一互補電活性復合層和面向所述第二負電極的第二互補電活性復合層；位于所述第一負電極與所述正電極之間的第一隔離件；以及位于所述第二負電極與所述正電極之間的第二隔離件，其中所述第一隔離件和所述第二隔離件中的每一者能夠被離子液體飽和。

在一些實施方案中，提供了氣體分離系統。所述氣體分離系統可以包括與氣體入口和氣體出口流體連通的復數個電化學電池。所述復數個電化學電池中的每一者可以包括：第一多孔負電極和第二多孔負電極，其各自包含第一電活性物質；包含第二電活性物質的正電極；位于所述第一多孔負電極與所述正電極之間的第一隔離件；以及位于所述第二多孔負電極與所述正電極之間的第二隔離件，其中所述第一隔離件和所述第二隔離件中的每一者能夠被離子液體飽和。

在一些實施方案中，提供了處理氣體流的方法。所述方法可以包括施加跨越電化學電池的第一電勢差。所述電化學電池可以包括：包含第一電活性物質的至少一個多孔負電極；包含第二電活性物質的正電極；以及隔離件，其被導電液體飽和并且位于所述至少一個多孔負電極與所述正電極之間。所述方法還可以包括將包含目標物質的氣體流引入所述電化學電池以使所述目標物質結合至所述第一電活性物質，產生經處理的氣體流。

在一些實施方案中，提供了操作氣體分離系統的方法。所述氣體分離系統可以包括第一組電化學電池和第二組電化學電池。所述方法可以包括將包含目標物質的氣體流引入所述氣體分離系統。所述方法還可以包括以充電模式操作所述第一組電化學電池以使所述目標物質結合至所述第一組電化學電池的第一電活性物質，產生經處理的氣體流。所述方法還可以包括同時以放電模式操作所述第二組電化學電池以從所述第二組電化學電池的第一電活性物質中釋放所述目標物質，產生富含目標物質的氣體流。所述第一組電化學電池和所述第二組電化學電池中的每個電化學電池可以包括：包含第一電活性物質的至少一個多孔負電極；包含第二電活性物質的正電極；以及隔離件，其被離子液體飽和并且位于所述至少一個多孔負電極與所述正電極之間。

附圖說明

圖1示出了根據一個或更多個實施方案的示例性電化學電池的分解圖；