[发明专利]超电容式脱盐装置及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及超电容式脱盐装置(supercapacitive desalination)及其制造方 法。

背景技术

超电容式脱盐装置采用一对极性相反的电极。在充电步骤过程中，允 许进料流(feed stream)从超电容式脱盐装置中流过。进料流中的离子性物质 吸附于带有相反电荷的电极表面，从而除去进料流中的离子，生成淡化输 出物(dilute output)。在放电步骤过程中，离子性物质从电极表面上解吸附并 进入进料流而生成浓输出物(concentrate output)。

此外，电极的多孔材料的孔隙体积内存在与该电极所带电荷相同的离 子(此后称为带相同电荷的离子(similarly charged ion))。在充电步骤过程中， 施加电压后，一部分带相同电荷的离子可随即从电极中脱出并加入到进料 流中。这种不期望出现的孔隙体积离子迁移消耗额外的电流并增加进料流 中的杂质。在这种情况下，可能仅在电极吸附过量进料离子(超过从孔隙体 积中脱出的离子)时进行进料流的净化。相反，在放电步骤过程中，除了带 相反电荷的离子从多孔电极上解吸附进入进料流之外，进料流中一部分带 相同电荷的离子也可能吸附到孔隙体积中。尽管吸附带相同电荷的离子在 所有浓度下均会发生，但在较高浓度下变得更为严重。

可能期望获得不同于现有装置的超电容式脱盐装置。可能期望获得不 同于现有方法的超电容式脱盐装置制造方法。

发明内容

根据一种实施方案，提供电极组件。该组件包括经配置吸附带相反电 荷的离子的可充电电极，其中该电极包括多孔材料。该组件还包括与可充 电电极的多孔材料接触的离子交换材料，其中该离子交换材料与可充电电 极带有相同的电荷，并且其中该离子交换材料可渗透带相反电荷的离子且 至少部分地不可渗透带相同电荷的离子。

根据一种实施方案，提供超电容式脱盐装置。该装置包括一对电荷相 反的电极。电荷相反的电极中的至少一个包括可选择性渗透带电离子的离 子交换材料。

根据一种实施方案，提供制造电极组件的方法。该方法包括：形成电 极材料和离子交换材料的混合物、将该混合物分散在溶剂中以形成浆料、 以及对该浆料进行模塑以形成电极组件。

根据一种实施方案，提供制造电极组件的方法。该方法包括形成离子 交换材料和粘结剂的混合物以及将该混合物涂布在多孔电极上。

根据一种实施方案，提供制造电极组件的方法。该方法包括形成可聚 合材料以及将该可聚合材料涂布在多孔电极的表面上以形成聚合物涂层。

参照附图阅读以下详细说明时将更好地理解这些及其它特征和方面。

附图说明

图1是根据本发明实施方案的超电容式脱盐装置的示意图。

图2-3是根据本发明实施方案的超电容式脱盐装置的截面图。

图4是根据本发明实施方案的超电容式脱盐装置的截面图。

图5-7示出根据本发明实施方案制造包括离子交换材料的电极的工艺 步骤。

图8-9是样品的试验结果的图示。

具体实施方式

本发明的实施方案提供用于超电容式脱盐应用的电极组件。此外，提 供该电极组件的制造和使用步骤。该电极组件包括可充电电极，该可充电 电极可吸附与其所带电荷相反的离子，当该电极的电极性变换时，所述带 电离子受到该电极的排斥并返回溶液。

如本文所用，术语“可充电电极”是指在施加电压时可充电的电极。 如本文所用，术语“孔隙体积”是指多孔材料内的体积或开放空间。如本 文所用，术语“充电步骤”是指超电容式脱盐装置工作过程中的下述步骤： 该装置使用的电极组件即正极组件和负极组件经配置吸引并吸附进料流中 带相反电荷的离子，进而生成淡化输出物，与输入进料流相比，该淡化输 出物具有明显较小的离子性物质浓度。如本文所用，术语“放电步骤”是 指超电容式脱盐装置工作过程中的下述步骤：电极组件经配置解吸附其在 充电步骤中所吸附的离子性物质。如本文所用，术语“可渗透”是指材料 允许离子性物质通过层或涂层到达该材料下面的电极表面的性质。如本文 所用，术语“阳离子交换材料”是指带负电荷并允许阳离子通过而至少部 分地阻挡阴离子通过的材料。