• 专利附录
  • 专利说明
  • 权利要求
  • 类似技术
  • 同族专利
  • 引用文献
  • 法律状态
  • 优先权
    • 专利摘要:
    本發明揭示一種超電容器脫鹽單元，其包括一第一電極、一第二電極、安置於該第一電極與該第二電極之間的一間隔物，以及安置於該第一電極及該第二電極中之至少一者上之一單價離子選擇層。本發明進一步呈現一種超電容器脫鹽裝置及一種用於一液體之脫鹽之方法。
    公开号:TW201318978A
    申请号:TW101119627
    申请日:2012-05-31
    公开日:2013-05-16
    发明作者:Ri-Hua Xiong；John Harold Barber；Russell James Macdonald；Keith James Sims；Wei Cai；Cheng-Qian Zhang
    申请人:Gen Electric；
    IPC主号:C02F1-00
    专利说明:
    超電容器脫鹽單元、裝置及方法
    本發明通常係關於超電容器脫鹽(SCD)單元、裝置及方法。更特定而言，本發明係關於使用離子選擇層之超電容器脫鹽單元、裝置及方法。
    SCD裝置通常係指超電容器，其用於海水之脫鹽或其他微咸水之去離子以將鹽的量減少至供家庭及工業使用之一容許位準。通常，一超電容器脫鹽單元具有一雙層構造，其中通常包括粒子活性碳或其他導電高表面積材料之一對電極係由一間隔物分離。典型超電容器單元之結構進一步包括緊密接觸各別電極之導電電流收集器元件。
    在某些應用中，超電容器脫鹽單元採用緊密接觸各別電極之複數個離子選擇層，以當此等超電容器脫鹽單元分別係處於充電及放電狀態中時促進電解液中之陽離子及陰離子吸附至電極及自電極脫附。然而，在當前應用中，離子選擇層對多價離子比對單價離子具有更大選擇性，此乃因多價離子通常具有比單價離子之彼等極性更高之極性，此對於單價離子之移除係不利的。
    另外，當選擇性地移除鈣陽離子及鎂陽離子時，二價離子經由各別離子選擇層優先地吸引至電極，從而導致在各別電極處Ca2+與Mg2+之高濃度及SO4 2-與CO3 2-之高濃度。此導致陰極表面中之pH值降低，諸如在充電期間碳陰極致使在電極內及/或在電極與離子選擇層之間形成積垢。
    因此，需要新型且經改良之超電容器脫鹽單元、裝置及方法，其配備有用於移除一或多種單價離子且避免在該等超電容器脫鹽單元及裝置內形成積垢之離子選擇層。
    根據本發明之一項實施例提供一種超電容器脫鹽單元。該超電容器脫鹽單元包括一第一電極、一第二電極、安置於該第一電極與該第二電極之間的一間隔物以及安置於該第一電極及該第二電極中之至少一者上之一單價離子選擇層。
    根據本發明之另一實施例提供一種超電容器脫鹽裝置。該超電容器脫鹽裝置包括彼此串聯流體連通之一或多個超電容器脫鹽堆疊及安置於每一對毗鄰超電容器脫鹽單元之間的一或多個絕緣分離器。該一或多個超電容器脫鹽堆疊中之至少一者包括堆疊在一起之複數個超電容器脫鹽單元，且該等超電容器脫鹽單元中之至少一者包括一第一電極、一第二電極、安置於該第一電極與該第二電極之間的一間隔物以及安置於該第一電極及該第二電極中之至少一者上之一單價離子選擇層。
    本發明之另一態樣提供一種超電容器脫鹽裝置。該超電容器脫鹽裝置包括彼此串聯流體連通之一或多個超電容器脫鹽堆疊。該一或多個超電容器脫鹽堆疊中之至少一者包括一第一電極、一第二電極、安置於該第一電極與該第二電極之間的一或多個雙極電極及安置於每一對毗鄰電極之間的一或多個間隔物。該一或多個超電容器脫鹽堆疊中之該至少一者進一步包括安置於該第一電極、該第二電極及該一或多個雙極電極中之至少一者上之一單價離子選擇層。
    根據本發明之又一實施例進一步提供一種用於一液體之脫鹽之方法。該方法包括提供一超電容器脫鹽設備及使該液體通過該脫鹽設備以供脫鹽。該超電容器脫鹽設備包括一第一電極、一第二電極、安置於該第一電極與該第二電極之間的一間隔物以及安置於該第一電極及該第二電極中之至少一者上之一單價離子選擇層。
    根據與隨附圖式一起進行之後續詳細說明，本發明之以上及其他態樣、特徵及優點將變得更加顯而易見。
    本文中參照隨附圖式闡述本發明之實施例。在後續說明中，未詳細闡述眾所周知之功能或構造以避免使本發明在不必要的細節上模糊不清。
    圖1圖解說明根據本發明之一項實施例之一SCD單元(或設備)10之一示意圖。如圖1中所繪示，SCD單元10包括一第一電流收集器11、一第二電流收集器12、一第一電極13、一第二電極14、一間隔物15、一單價陰離子選擇層16及一單價陽離子選擇層17。第一電極13及第二電極14分別緊密接觸第一電流收集器11及第二電流收集器12。間隔物15係安置於單價陰離子選擇層16與單價陽離子選擇層17之間。
    在某些實例中，可將第一電流收集器11連接至一電源(未展示)之一正端子，且可將第二電流收集器12連接至電源之一負端子，以使得第一電極13可充當一正電極(陽極)且第二電極14可充當一負電極(陰極)。因此，對於所圖解說明之配置，單價陰離子選擇層16緊密接觸陽極13且單價陽離子選擇層17緊密接觸陰極14。
    應注意，圖1中之配置僅係說明性的。在其他實例中，第一電極13及第二電極14可分別充當一陰極及一陽極，以使得單價陰離子選擇層16及單價陽離子選擇層17係分別安置於陽極14及陰極13上。儘管在圖1中單獨地加以圖解說明，但在某些應用中，第一電極13與單價陰離子選擇層16及第二電極14與單價陽離子選擇層17可分別整合在一起以充當一陰極及一陽極。
    在某些應用中，可不採用第一電流收集器11及/或第二電流收集器12，以使得第一電極13及/或第二電極14可連接至一電源，且用作電極及電流收集器兩者。另外，如本文中所使用，術語「層」可能並不指示材料之一特定厚度。
    對於某些配置，電流收集器11及12可組態為一板、一網、一箔或一薄片且可由一金屬或金屬合金形成。金屬之非限制性實例包含鈦、鉑、銥或銠。在一項實例中，金屬合金包含不銹鋼。在其他實例中，電流收集器11及12可包括石墨或一塑膠材料，諸如一聚烯烴。另外，塑膠電流收集器11及12可與導電碳黑或金屬粒子混合以達到某一導電率位準。
    第一電極13及第二電極14可呈彼此平行安置以形成一堆疊式結構之板之形式。另一選擇係，電極13、14可具有不同之形狀，諸如一薄片、一方塊或一圓柱體，且可依不同組態配置。舉例而言，可將第一電極及第二電極與其之間的一螺旋且連續空間同心地安置。
    第一電極13及第二電極14可包含導電材料，該等導電材料可導熱或並不導熱，且可具有較小大小及大表面積之粒子。在某些實例中，導電材料可包含一或多種碳材料。碳材料之非限制性實例包含活性碳粒子、多孔碳粒子、碳纖維、碳氣凝膠、多孔中間相碳微球或其組合。在其他實例中，導電材料可包含一導電複合物，諸如錳或鐵或兩者之氧化物，或者鈦、鋯、釩、鎢之碳化物或其組合。在某些應用中，可藉由採用一或多種沈積技術(諸如濺鍍、噴塗、旋塗、壓延或印刷)將電極13及14沈積於電流收集器11及12上。
    間隔物15可包括任何離子滲透非導電材料以將第一電極13與第二電極14分離。在非限制性實例中，間隔物15可具有空間或其本身可為空間以形成流動通道，一液體於第一電極13與第二電極14之間通過該等流動通道。
    在本發明之實施例中，單價陰離子選擇層16可經組態以產生往返於電極13之一單價陰離子導電輸送通路。單價陽離子選擇層17可經組態以產生往返於電極14之一單價陽離子導電輸送通路。因此，在充電及放電循環期間，可消耗相對少量之能量以將一流體(一電解液)中之單價陰離子及陽離子吸附至第一電極13及第二電極14之各別表面，以及將該等單價陰離子及陽離子自第一電極13及第二電極14之各別表面解離。
    在非限制性實例中，可將單價陰離子選擇層16及/或單價陽離子選擇層17獨立安置於各別電極13、14上。另一選擇係，可將單價陰離子選擇層16及/或單價陽離子選擇層17以隔膜之形式塗佈於各別電極13、14之表面上。在某些應用中，單價陰離子選擇層16及/或單價陽離子選擇層17可散佈至各別電極13、14中。
    在非限制性實例中，供在單價陰離子選擇層16中使用之適合之材料可包含自乙烯基苄基氯(VBC)、二丁胺(DBA)、三丁胺(TBA)及二乙烯苯(DVB)衍生之交聯共聚物。在一項實例中，在製作單價陰離子選擇層16期間，將乙烯基苄基氯之單體(110.3 g，0.701莫耳)、二丁胺之單體(86.3 g，0.484莫耳)及三丁胺之單體(117.7 g，0.629莫耳)混合同時將二乙烯苯(86.3 g)、丙二醇(PG)(92.5 g)及甲基氫醌(MEHQ)(500 ppm)分別作為一交聯劑、一溶劑及一抑制劑添加於其中以供在約65℃至70℃之一溫度下反應達約3小時以形成一反應混合物。隨後，將一種過氧-2-乙基己酸第三丁酯(2 wt%)溶液作為一起始劑添加至該反應混合物中以形成一混合物。然後，將混合物塗佈於電極之一表面上且在約85℃下聚合達約1小時以在電極上形成單價陰離子選擇層16。
    供在單價陽離子選擇層17中使用之適合之材料可包含自丙烯醯胺基甲基丙烷磺酸(AMPS)及乙二醇二甲基丙烯酸酯(EGDMA)衍生之交聯共聚物。在一項實例中，在製作單價陽離子選擇層17期間，丙烯醯胺基甲基丙烷磺酸之單體(380 g，1.84莫耳)及乙二醇二甲基丙烯酸酯之一交聯劑(360 g，1.82莫耳)在n-甲基吡咯啶酮之一溶劑存在下與乙烯基苄基氯(VBC)或甲基丙烯酸縮水甘油基酯(GMA)(5 wt%)混合以形成一第一混合物。隨後，將第一混合物與一種過氧-2-乙基己酸第三丁酯(1.5 wt%)溶液之一起始劑一起添加以形成一第二混合物。然後，將第二混合物塗佈於電極之一表面上且在約85℃之一溫度下聚合達約1小時以在電極上形成共聚物。接下來，將塗佈有共聚物之電極14在約60℃之一溫度下浸泡於一聚乙烯亞胺(PEI)(1 wt%)溶液中達約5小時至10小時以在電極上形成單價陽離子選擇層17。
    如圖1中所圖解說明，一輸入液體18於第一電極13與第二電極14之間通過。在某些實例中，輸入液體18可具有包含單價及多價帶電離子之帶電物質。在一充電狀態期間，單價陽離子穿過單價陽離子選擇層17朝向陰極14移動且單價陰離子穿過單價陰離子選擇層16朝向陽極13移動。多價帶電離子保留於輸入液體18中，此乃因單價離子選擇層16、17對多價帶電離子而言係不可通過的。由於電荷累積於SCD單元10內，因此一輸出液體19(其係來自SCD單元10之一稀釋液體)與輸入液體18相比具有一較低單價帶電物質濃度。
    在一放電狀態期間，所吸附之單價離子自電極13及14之各別表面解離。在某些應用中，在此狀態中，第一電極13及第二電極14之極性逆轉，以使得在充電狀態中所吸附之單價離子朝向相反電極移動。因此，一輸出流(未展示)一輸入流(未展示)相比可具有一較高單價帶電物質濃度。
    因此，在所圖解說明之實例中，由於存在單價離子選擇層16、17，因此基於某些應用而在較低能量消耗之情形下將單價離子自輸入液體18移除且多價離子保留於輸出液體19中。舉例而言，可採用圖1中所展示之配置來產生單價鹽，諸如氯化鈉鹽。
    在某些實施例中，僅採用單價陰離子選擇層16及單價陽離子選擇層17中之一者。在此情形中，一離子選擇層可提供於一SCD單元內以與單價離子選擇層16、17中之各別一者配對。如本文中所使用，術語「離子選擇層」可指示經組態以不僅對單價離子而言且亦對多價離子而言係可通過之一離子選擇層。
    圖2係根據本發明之另一實施例之一SCD單元20之一示意圖。應注意，圖2至圖10中之配置僅係說明性的。圖2至圖10中之相同編號可指示類似元件。
    如圖2中所圖解說明，配置類似於圖1中之配置。兩個配置之不同之處在於圖2中之SCD單元20包含待與一單價陽離子選擇層17配對以用於一液體之脫鹽之一陰離子選擇層21。另一選擇係，如圖3中所圖解說明，一SCD單元30包括用於與其一單價陰離子選擇層16配對以用於一液體之脫鹽之一陽離子選擇層22。
    在某些實例中，陰離子選擇層21可指示經組態以不僅對單價陰離子而言且亦對多價陰離子而言係可通過之一離子選擇層。陽離子選擇層22可指示經組態以不僅對單價陽離子而言且亦對多價陽離子而言係可通過之一離子選擇層。在某些應用中，離子選擇層21、22可對多價離子比對單價離子具有較高選擇性。在非限制性實例中，陰離子選擇層21及陽離子選擇層22可係多價離子選擇層。
    對於某些配置，用於陰離子選擇層21之適合之材料可包含一離子聚合物，該離子聚合物包含用於陰離子之輸送之一陽離子基團，諸如一四級胺基團。陽離子選擇層22可包括一離子聚合物，該離子聚合物包含用於陽離子之輸送之一陰離子基團，諸如一羧酸基團(COO-)基團。可在EP 0757586 B1之一專利申請案中找到對用於陰離子及陽離子選擇層之適合之材料之其他說明，該專利申請案據此以引用方式併入。
    對於圖2中所圖解說明之配置，在一充電狀態期間，當一輸入液體18於第一電極13與第二電極14之間通過時，輸入液體18中之單價陽離子之至少一部分通過單價陽離子選擇層17以在電極14上累積。輸入液體18中之多價陰離子之一較大部分及單價陰離子之一小部分通過陰離子選擇層21以在電極13上累積。由於存在單價陽離子選擇層17，因此多價陽離子可保留於一輸出液體19中。
    類似地，對於圖3中所圖解說明之配置，在一充電狀態期間，輸入液體18中之單價陰離子之至少一部分通過單價陰離子選擇層16以在電極13上累積。多價陽離子之一較大部分及單價陽離子之一小部分通過陽離子選擇層22以在電極14上累積。由於存在單價陰離子選擇層16，因此多價陽離子保留於一輸出液體19中。
    舉例而言，對於圖2中之配置，含有帶電離子之輸入液體18通過SCD單元20，該等帶電離子包含但不限於SO4 2-、Ca2+、Na+及Cl-。陰離子選擇層21對多價陰離子具有較高選擇性，以使得SO4 2-離子之一較大部分及Cl-離子之一小部分通過陰離子選擇層21以用於吸附至電極13。同時，由於存在單價陽離子選擇層17，因此Na+離子之至少一部分吸附至電極14。因此，在不使較不可溶鹽(諸如CaSO4)沈澱之情形下，將SO4 2-離子之一較大部分自輸入液體18移除，且Ca2+離子及/或Cl-離子之一部分可保留於輸出液體19中。
    類似地，對於圖3中之配置，當輸入液體18通過SCD單元30時，陽離子選擇層22對多價陽離子具有較高選擇性，以使得Ca2+離子之一較大部分、Na+離子之一小部分自輸入液體18移除。同時，由於單價陰離子層16，因此亦將Cl-離子之至少一部分移除。SO4 2-離子及/或Na+離子之一部分可保留於輸出液體19中。因此，對於圖2至圖3中所圖解說明之配置，可在SCD單元中減輕或避免形成積垢。
    在某些應用中，可串聯地提供一個以上SCD單元，以使得可將來自一SCD單元之一輸出液體再引入至下一SCD單元中以供進一步脫鹽，且對於此等配置，SCD單元具有相同或不同組態。
    圖4至圖9圖解說明根據本發明之各種實施例之一SCD裝置之示意圖。如圖4中所繪示，一SCD裝置40包括一SCD堆疊31。SCD堆疊31包括並聯組態以便與安置於每一對毗鄰經堆疊SCD單元10之間的一或多個絕緣分離器32堆疊在一起之複數個SCD單元10。
    圖5至圖7中之配置類似於圖4中所展示之配置，且圖4至圖7中之配置之不同之處在於圖5中之一SCD堆疊33包括與安置於每一對毗鄰經堆疊SCD單元20之間的一或多個絕緣分離器32堆疊在一起之複數個SCD單元20。圖6中之一SCD堆疊34包括與安置於每一對毗鄰經堆疊之SCD單元30之間的一或多個絕緣分離器32堆疊在一起之複數個SCD單元30。
    如圖7中所繪示，一堆疊35包括一對SCD單元10及與安置於其之間的複數個絕緣分離器32堆疊在一起之一個SCD單元20。應注意，圖7中之配置僅係說明性的。在某些應用中，SCD堆疊35可包括堆疊在一起之一或多個SCD單元10、一或多個SCD單元20及一或多個SCD單元30中之兩者或兩者以上。在某些應用中，SCD堆疊35可包括各自包括陽離子選擇層21及陰離子選擇層22之一或多個SCD單元以及一或多個SCD單元10、一或多個SCD單元20及一或多個SCD單元30中之一或多者。舉例而言，如圖8中所圖解說明，SCD堆疊35包括安置於各自包括陽離子選擇層21及陰離子選擇層22之兩個SCD單元之間的一個SCD單元10。
    因此，圖4至圖8中所展示之配置可基於不同應用而用於大量輸入液體之脫鹽。在其他實例中，如圖9中所圖解說明，類似於圖4至圖8中之配置，可提供一SCD堆疊36且SCD堆疊36包括：第一電極13及第二電極14；一對電流收集器11、12，其附接至各別電極13、14；一或多個雙極電極37，其安置於電極對之間的；及複數個間隔物15，其安置於毗鄰電極對中之每一者之間。每一雙極電極具有由一離子不滲透層分離之一正側及一負側。複數個單價選擇層16、17安置於第一電極13、第二電極14及/或一或多個雙極電極37中之至少一者之一個或兩個表面上。在某些應用中，可不採用單價陰離子層16中之一或多者或者單價陽離子層17中之一或多者。可採用陰離子選擇層21中之一或多者及/或陽離子選擇層22中之一或多者。另外，在圖4至圖8中所展示之一或多個配置中可採用一或多個雙極電極。
    在某些實例中，一或多個雙極電極可不限於任何特定雙極電極。在非限制性實例中，可在一公開申請案US/20110024287中找到對雙極電極之其他說明，該公開申請案具有與本申請案相同之受讓人且該公開申請案之內容據此以引用方式併入。
    對於某些配置，SCD裝置40可包括串聯安置之一個以上SCD堆疊，以使得可將來自一個SCD堆疊(一第一SCD堆疊)之一輸出液體再引入至下一SCD堆疊(一第二堆疊)中以供進一步脫鹽。在某些實例中，SCD裝置40可包括串聯安置之複數個相同SCD堆疊。在其他實例中，SCD裝置40可包括串聯安置且具有不同組態之複數個SCD堆疊。舉例而言，SCD裝置40可包括一或多個SCD堆疊31、一或多個SCD堆疊33，一或多個SCD堆疊34、一或多個SCD堆疊35及一或多個SCD堆疊36中之兩者或兩者以上，其等係串聯流體連通。
    在一項非限制性實例中，如圖10中所繪示，SCD裝置40包括彼此流體連通之SCD堆疊34及SCD堆疊33。因此，在一充電狀態期間，當含有包含但不限於SO4 2-、Ca2+、Na+及Cl-之帶電離子之一輸入液體18通過SCD堆疊(一第一SCD堆疊)34時，將Ca2+離子之一較大部分、Na+離子之一小部分及Cl-離子之至少一部分移除，以使得輸出液體19與輸入液體18相比具有較低Ca2+、Na+及Cl-離子濃度。SO4 2-離子保留於一輸出液體19中。
    隨後，將輸出液體19引入至SCD堆疊(一第二SCD堆疊)33中，殘餘Na+離子及SO42-離子累積於各別電極之表面上以便自輸出液體19移除以產生一產物流38。在某些應用中，可將輸出液體19再引入至SCD堆疊33中之前將其再循環至SCD堆疊34中以供進一步脫鹽，及/或可將產物流38再循環至SCD堆疊33中以供進一步脫鹽。
    在一放電狀態期間，當分別將兩個輸入流(未展示)引入至SCD堆疊34及33中時，來自SCD堆疊34之一第一輸出流可具有一較高Ca2+及Cl-離子濃度，且來自SCD堆疊33之一第二輸出流可具有較高SO4 2-及Na+離子濃度。
    因此，在本發明之實施例中，可採用SCD裝置40來使較大量輸入液體18脫鹽且選擇性地移除多價離子及單價離子。與習用SCD裝置相比，可消耗一相對低能量且可避免較不可溶鹽之沈澱以便減輕及/或避免形成積垢。
    雖然已在典型實施例中圖解說明並闡述了本發明，但並非意欲將本發明限於所展示之細節，此乃因可在不以任何方式背離本發明之精神之情形下做出各種修改及替代。如此，熟習此項技術者僅使用常規實驗即可瞭解本文中所揭示之本發明之其他修改及等效物，且據信，如後續申請專利範圍所定義，所有此等修改及等效物皆貫穿本發明之精神及範疇。
    10‧‧‧超電容器脫鹽單元(或設備)/超電容器脫鹽單元
    11‧‧‧電流收集器/塑膠電流收集器/第一電流收集器
    12‧‧‧電流收集器/塑膠電流收集器/第二電流收集器
    13‧‧‧電極/第一電極/陽極/陰極
    14‧‧‧電極/第二電極/陰極/陽極
    15‧‧‧間隔物
    16‧‧‧單價離子選擇層/單價選擇層/單價陰離子選擇層/單價陰離子層
    17‧‧‧單價離子選擇層/單價選擇層/單價陽離子選擇層/單價陽離子層
    18‧‧‧輸入液體
    19‧‧‧輸出液體
    20‧‧‧超電容器脫鹽單元
    21‧‧‧離子選擇層/陰離子選擇層/陽離子選擇層
    22‧‧‧離子選擇層/陽離子選擇層/陰離子選擇層
    30‧‧‧超電容器脫鹽單元
    31‧‧‧超電容器脫鹽堆疊
    32‧‧‧絕緣分離器
    33‧‧‧超電容器脫鹽堆疊/第二超電容器脫鹽堆疊
    34‧‧‧超電容器脫鹽堆疊/第一超電容器脫鹽堆疊
    35‧‧‧超電容器脫鹽堆疊/堆疊
    36‧‧‧超電容器脫鹽堆疊
    37‧‧‧雙極電極
    40‧‧‧超電容器脫鹽裝置
    圖1至圖3係根據本發明之各種實施例之一SCD單元之示意圖；圖4至圖9係根據本發明之各種實施例之一SCD裝置之示意圖；及圖10係根據本發明之一項實施例之SCD裝置之一示意圖。
    10‧‧‧超電容器脫鹽單元(或設備)/超電容器脫鹽單元
    11‧‧‧電流收集器/塑膠電流收集器/第一電流收集器
    12‧‧‧電流收集器/塑膠電流收集器/第二電流收集器
    13‧‧‧電極/第一電極/陽極/陰極
    14‧‧‧電極/第二電極/陰極/陽極
    15‧‧‧間隔物
    16‧‧‧單價離子選擇層/單價選擇層/單價陰離子選擇層/單價陰離子層
    17‧‧‧單價離子選擇層/單價選擇層/單價陽離子選擇層/單價陽離子層
    18‧‧‧輸入液體
    19‧‧‧輸出液體
    权利要求:
    Claims (20)
    [1] 一種超電容器脫鹽單元，其包括：一第一電極；一第二電極；一間隔物，其安置於該第一電極與該第二電極之間；及一單價離子選擇層，其安置於該第一電極及該第二電極中之至少一者上。
    [2] 如請求項1之超電容器脫鹽單元，其進一步包括：一第一電流收集器，其經組態以接觸該第一電極；及一第二電流收集器，其經組態以接觸該第二電極。
    [3] 如請求項1之超電容器脫鹽單元，其中該單價離子選擇層包括一單價陰離子選擇層及一單價陽離子選擇層，且其中該單價陰離子選擇層及該單價陽離子選擇層係安置於該等各別第一電極及第二電極上以便彼此配對。
    [4] 如請求項1之超電容器脫鹽單元，其中該單價離子選擇層係安置於該第一電極及該第二電極中之一者上，且其中該超電容器脫鹽單元進一步包括一離子選擇層，其安置於該第一電極及該第二電極中之一者上以與該單價離子選擇層配對。
    [5] 如請求項4之超電容器脫鹽單元，其中該離子選擇層包括一多價離子選擇層。
    [6] 一種超電容器脫鹽裝置，其包括：一或多個超電容器脫鹽堆疊，其等彼此串聯流體連通，該一或多個超電容器脫鹽堆疊中之至少一者包括：複數個超電容器脫鹽單元，其堆疊在一起，該等超電容器脫鹽單元中之至少一者包括：一第一電極，一第二電極，一間隔物，其安置於該第一電極與該第二電極之間，及一單價離子選擇層，其安置於該第一電極及該第二電極中之至少一者上；及一或多個絕緣分離器，其安置於每一對毗鄰超電容器脫鹽單元之間。
    [7] 如請求項6之超電容器脫鹽裝置，其中該等超電容器脫鹽單元中之該至少一者進一步包括：一第一電流收集器，其經組態以接觸該第一電極；及一第二電流收集器，其經組態以接觸該第二電極。
    [8] 如請求項7之超電容器脫鹽裝置，其中該單價離子選擇層包括一單價陰離子選擇層及一單價陽離子選擇層，且其中該單價陰離子選擇層及該單價陽離子選擇層係安置於該等各別第一電極及第二電極上以彼此配對。
    [9] 如請求項7之超電容器脫鹽裝置，其中該單價離子選擇層係安置於該第一電極及該第二電極中之一者上，且其中該等超電容器脫鹽單元中之該至少一者進一步包括一離子選擇層，其安置於該第一電極及該第二電極中之一者上以與該單價離子選擇層配對。
    [10] 如請求項9之超電容器脫鹽裝置，其中該離子選擇層包括一陽離子選擇層，且其中該單價離子選擇層包括一單價陰離子選擇層。
    [11] 如請求項9之超電容器脫鹽裝置，其中該離子選擇層包括一陰離子選擇層，且其中該單價離子選擇層包括一單價陽離子選擇層。
    [12] 如請求項6之超電容器脫鹽裝置，其中該超電容器脫鹽裝置包括彼此串聯流體連通之兩個或兩個以上超電容器脫鹽堆疊，該兩個或兩個以上超電容器脫鹽堆疊中之至少一者包括：一第一電極；一第二電極；一或多個雙極電極，其安置於該第一電極與該第二電極之間；一單價離子選擇層，其安置於該第一電極、該第二電極及該一或多個雙極電極中之至少一者上；及一或多個間隔物，其安置於每一對毗鄰電極之間。
    [13] 如請求項6之超電容器脫鹽裝置，其中超電容器脫鹽單元進一步包括至少一個超電容器脫鹽單元，該至少一個超電容器脫鹽單元包括一陽離子選擇層及一陰離子選擇層，該陽離子選擇層及該陰離子選擇層待安置於具有安置於該陽離子選擇層與該陰離子選擇層之間的一間隔物之各別電極上。
    [14] 一種超電容器脫鹽裝置，其包括：一或多個超電容器脫鹽堆疊，其等彼此串聯流體連通，該一或多個超電容器脫鹽堆疊中之至少一者包括：一第一電極；一第二電極；一或多個雙極電極，其安置於該第一電極與該第二電極之間；一單價離子選擇層，其安置於該第一電極、該第二電極及該一或多個雙極電極中之至少一者上；及一或多個間隔物，其安置於每一對毗鄰電極之間。
    [15] 如請求項14之超電容器脫鹽裝置，其中該等超電容器脫鹽堆疊中之該至少一者進一步包括：一第一電流收集器，其經組態以接觸該第一電極；及一第二電流收集器，其經組態以接觸該第二電極。
    [16] 如請求項15之超電容器脫鹽裝置，其中該單價離子選擇層包括至少一個單價陰離子選擇層及至少一個單價陽離子選擇層。
    [17] 如請求項15之超電容器脫鹽裝置，其中該等超電容器脫鹽堆疊中之該一或多者中之該至少一者包括一離子選擇層，其安置於該第一電極、該第二電極及該一或多個雙極電極中之至少一者上以與該單價離子選擇層配對。
    [18] 一種用於一液體之脫鹽之方法，其包括：提供一超電容器脫鹽設備，該超電容器脫鹽設備包括一第一電極、一第二電極、安置於該第一電極與該第二電極之間的一間隔物以及安置於該第一電極及該第二電極中之至少一者上之一單價離子選擇層；及使該液體通過該超電容器脫鹽設備以供脫鹽。
    [19] 如請求項18之方法，其中該超電容器脫鹽設備進一步包括接觸該第一電極之一第一電流收集器且提供接觸該第二電極之一第二電流收集器。
    [20] 如請求項18之方法，其進一步包括提供安置於該第一電極與該第二電極之間的一或多個雙極電極，且其中該一或多個間隔物係安置於每一對毗鄰電極之間。
    类似技术:
    公开号 | 公开日 | 专利标题
    TWI547446B|2016-09-01|超電容器脫鹽單元、裝置及方法
    KR102093443B1|2020-03-25|전기 흡착 탈이온 장치 및 이를 사용한 유체 처리 방법
    US20120199486A1|2012-08-09|Ion-Selective Capacitive Deionization Composite Electrode, and Method for Manufacturing a Module
    US20190330087A1|2019-10-31|Desalination system and method
    KR101004707B1|2011-01-04|이온제거용 축전식 전극 및 그를 이용한 전해셀
    JP6006493B2|2016-10-12|スーパーキャパシタ及びその製造方法
    US20110042205A1|2011-02-24|Capacitive deionization device
    CN102249380B|2012-11-28|一种高效液流式膜电容脱盐装置
    Pan et al.2018|Electrokinetic desalination of brackish water and associated challenges in the water and energy nexus
    CN104495991B|2016-09-07|一种基于流动式电极的高效膜电容去离子阵列
    Metzger et al.2020|Techno-economic analysis of capacitive and intercalative water deionization
    KR101621033B1|2016-05-16|이온교환집전체를 가지는 축전식 흐름전극장치
    KR101732188B1|2017-05-25|탄소전극을 이용한 전기흡착식 수처리장치
    JP5282013B2|2013-09-04|燃料電池用の電気式脱イオン水製造装置
    JP2017505229A|2017-02-16|水からイオンを除去するための装置およびその装置を作製する方法
    CN204400676U|2015-06-17|一种基于流动式电极的高效膜电容去离子装置
    CN103249485A|2013-08-14|带有电再生的离子交换去离子设备
    KR101408086B1|2014-06-19|탈이온 장치
    JP2008161846A|2008-07-17|二極式電極使用による電気容量性脱イオン（ｃｄｉ）
    KR20150003094A|2015-01-08|흐름전극 축전식 탈염 장치
    TWI445031B|2014-07-11|超電容及其製造方法
    同族专利:
    公开号 | 公开日
    CN102807266B|2014-12-10|
    CN102807266A|2012-12-05|
    WO2012166434A1|2012-12-06|
    US20140339087A1|2014-11-20|
    TWI547446B|2016-09-01|
    US9527757B2|2016-12-27|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    US4479877A|1983-07-28|1984-10-30|The United States Of America As Represented By The Administrator Environmental Protection Agency|Removal of nitrate from water supplies using a tributyl amine strong base anion exchange resin|
    CA1258654A|1986-04-22|1989-08-22|Donald L. Ball|Method for the removal of monovalent ions fromznso.sub.4 electrolyte by electrodialysis|
    EP0604968A3|1992-12-28|1994-12-14|Asahi Glass Co Ltd|Process for producing salt-depleted water.|
    US5503729A|1994-04-25|1996-04-02|Ionics Incorporated|Electrodialysis including filled cell electrodialysis |
    JPH08108184A|1994-10-13|1996-04-30|Hitachi Ltd|水処理システム|
    US6258276B1|1996-10-18|2001-07-10|Mcmaster University|Microporous membranes and uses thereof|
    US20040121204A1|2001-06-07|2004-06-24|Adelman Marc D.|Fluid electrical connected flow-through electrochemical cells, system and method|
    EP2070583B1|2002-08-02|2012-07-04|University Of South Carolina|Production of purified water and high value chemicals from salt water|
    US7459088B2|2004-09-13|2008-12-02|The University Of South Carolina|Water desalination process and apparatus|
    US7813106B2|2006-12-19|2010-10-12|General Electric Company|High current efficiency supercapacitor desalination devices and methods of making the same|
    US20080198531A1|2007-02-15|2008-08-21|Lih-Ren Shiue|Capacitive deionization system for water treatment|
    KR101008400B1|2007-09-27|2011-01-14|한국전력공사|이온흡착용 전극, 이를 구비한 전기흡착식 정화장치 및이온흡착용 전극의 제조방법|
    BRPI0910988A2|2008-04-03|2019-09-24|Siemens Water Tech Corp|sistema de energia baixa e método de dessalinização de água do mar|
    US9469554B2|2009-07-29|2016-10-18|General Electric Company|Bipolar electrode and supercapacitor desalination device, and methods of manufacture|
    US20110024354A1|2009-07-30|2011-02-03|General Electric Company|Desalination system and method|
    EP2322486B1|2009-11-04|2014-01-22|Voltea B.V.|An apparatus and method for removal of ions|US20150353389A1|2012-12-26|2015-12-10|Koninklijke Philips N.V.|Ph adjustor, apparatus including the ph adjustor and method for adjusting ph|
    EP2948204B1|2013-01-28|2021-08-25|Smiths Medical ASD, Inc.|Medication safety devices and methods|
    CN103373780B|2013-05-31|2015-07-29|福建方明环保科技股份有限公司|一种饮用水净化装置及方法|
    WO2015068797A1|2013-11-07|2015-05-14|富士フイルム株式会社|イオン交換膜電極接合体、その製造方法およびキャパシタ脱塩装置|
    EP3045431A1|2015-01-16|2016-07-20|DWI - Leibniz-Institut für Interaktive Materialien e.V.|Apparatus and method for continuous water desalination and ion separation by flow electrode capacitive deionization|
    GB201602484D0|2016-02-11|2016-03-30|Fujifilm Mfg Europe Bv|Desalination|
    法律状态:
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    CN201110144233.5A|CN102807266B|2011-05-31|2011-05-31|超级电容脱盐单元、装置和方法|
    [返回顶部]