[发明专利]一种棒状膜电容去离子阵列

说明书

本发明属于膜电容去离子装置技术领域，公开了一种棒状膜电容去离子阵列。该棒状膜电容去离子阵列包括若干个棒状正极单元、棒状负极单元和隔膜，所述棒状正极单元和棒状负极单元阵列交错排布在隔膜内；其中，所述棒状正极单元包括第一棒状集电极、第一电极材料层和阴离子交换层，所述第一电极材料层和阴离子交换层依次包覆在所述第一棒状集电极的外表面；所述棒状负极单元包括第二棒状集电极、第二电极材料层和阳离子交换层，所述第二电极材料层和阳离子交换层依次包覆在所述第二棒状集电极的外表面。该棒状膜电容去离子阵列结构简单、有效利用空间，能够实现器件规模化，同时能够实现膜电容去离子装置半连续出水、无需复杂的水流设计和电流系统。

技术领域

本发明涉及膜电容去离子装置，特别涉及一种棒状膜电容去离子阵列。

背景技术

淡水资源危机已经成为全世界所面临的最重要问题之一，众所周知，地球的水资源是十分丰富的，但98％以上是咸水(包括海水以及江河入海的苦咸水)，很难直接用于工农业生产之中。仅占2％的淡水资源大部分以固态形式存在于遥远的极地，使其利用成本大幅度提升。海水淡化作为最有希望解决淡水资源短缺的手段之一，其可行性和有效性已经得到研究者的广泛认同。并且，在我国海水淡化技术同样得到了极大的重视，并被列入2006-2020“中长期科学和技术发展纲要”的重点支持领域。

电容去离子技术(Capacitive Deionization,CDI)，又称为电吸附，是基于双电层超级电容器原理的新型脱盐技术。电容去离子的基本原理是在多孔电极上施加一个直流外部电压，从而在两电极之间形成静电场，使得离子定向移动至与其电荷相反的电极表面，并储存于电极表面形成的双电层中从而实现去离子的目的，这一原理决定了电容去离子技术具有低能耗、无二次污染、绿色环保等优势，电容去离子技术作为目前最具有潜力的脱盐技术之一。

在电容去离子技术中，如何进一步提高其脱盐效率、增强其循环性能以及工作寿命一直以来受到了大量研究人员的关注，而作为决定上述性能的关键因素—电极材料，自从1990年以来就成为了电容去离子研究的重点，到目前为止，研究者们开发了大量的碳纳米材料用于电容去离子领域，包括活性碳、碳纤维、碳气凝胶、碳纳米管、石墨烯、介孔碳等等，然而，电极材料的开发和优化对器件性能的提升毕竟有限，于是，很多研究者将目光放在了电容去离子单元模块的设计上，比如中国专利CN101518748A公开了一种新型电容去离子装置，其特征在于可以均匀地保持电极之间的间隔距离，并使室中的流动最佳化，以提高去离子装置的效率，并减小碳材料和集流体之间的接触电阻，以提高导电性；中国专利CN101337717A 公开了一种高效率节能型隔膜电容去离子装置，其特征在于在隔板与电极之间加入了离子交换膜，抑制了电容去离子器件的“同离子”吸附现象，大大的降低的器件能耗及成本。

然而，上述专利中的电容去离子及膜电容去离子系统同样存在一些问题：虽然通过多个模块的配合传统(膜)电容去离子装置亦可以实现水流的连续，但是，这需要复杂的水流设计和电路系统；传统(膜)电容去离子装置的空间利用率不高，使得单模块脱盐的动力学性能不足。因此本发明提供了一种空间利用率高的棒状膜电容去离子阵列，以实现半连续出水、无需复杂的水流设计和电流系统。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种棒状膜电容去离子阵列，以实现膜电容去离子装置半连续出水、实现器件规模化、无需复杂的水流设计和电流系统。

为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种棒状膜电容去离子阵列，包括若干个棒状正极单元、棒状负极单元和隔膜，所述棒状正极单元和棒状负极单元阵列交错排布在隔膜内；其中，所述棒状正极单元包括第一棒状集电极、第一电极材料层和阴离子交换层，所述第一电极材料层和阴离子交换层依次包覆在所述第一棒状集电极的外表面；所述棒状负极单元包括第二棒状集电极、第二电极材料层和阳离子交换层，所述第二电极材料层和阳离子交换层依次包覆在所述第二棒状集电极的外表面。