脱盐电极制造技术

脱盐电池包括配置成容纳具有第一溶解盐浓度

【技术实现步骤摘要】
脱盐电极
本公开内容涉及一种水脱盐设备的电极，并且在一些实施方案中，涉及一种脱盐电池、该设备本身及其制造方法。
技术介绍
对优质饮用水的需求不断增长。但是，陆地上的淡水源有限，一些淡水正在枯竭，并且其它来源的水质因过多的工业和农业过程以及城市扩张而受到损害。因此，正在开发从丰富的水源—海洋水中获取淡水的技术。但是海水或咸水（salinewater）含有高浓度的溶解盐，其使得这些水不适合人类消费、农业用途或工业过程。因此，在咸水可以用作饮用水或工业用水之前，其需要脱盐以降低其溶解固体的浓度。将水脱盐的努力可以追溯数千年。例如，最初记录的尝试包括海上水手进行的盐水蒸发。20世纪中叶开发了第一个大规模的现代脱盐工艺，即多级闪蒸。从那时起，已经提出并试验了各种不同的脱盐工艺。但是，伴随这些工艺的常见问题包括高能量需求、环境问题、与膜腐蚀有关的材料问题等，这些问题阻碍了脱盐更广泛的使用。
技术实现思路
在至少一个实施方案中，公开了一种脱盐电池。所述电池包括配置成容纳具有第一溶解盐浓度c1的咸水溶液的容器。所述电池还包括第一和第二嵌入主体，其设置为与咸水溶液流体连通，至少所述第一嵌入主体包含具有多个石墨烯层的膨胀石墨，所述石墨烯层的层间距大于0.34nm。所述电池包括电源，其配置为向第一和第二嵌入主体供应电流，使得第一和第二嵌入主体可逆地存储和释放来自位于多个石墨烯层之间的咸水溶液的阳离子和阴离子，以在容器内产生具有第二溶解盐浓度c2的淡水溶液和具有第三溶解盐浓度c3的盐水溶液（brinesolution），使得c3>c1>c2。多个石墨烯层之间的层间距可以是非常均匀的。石墨烯层之间在z方向上的层间距可以为约0.37nm至0.45nm。电源可以配置为在约-0.5至1.5V操作。电池可以进一步包括咸水入口和淡水出口。所述第一和第二嵌入主体均可以包含具有多个石墨烯层的膨胀石墨，所述石墨烯层的层间距大于0.34nm。第二嵌入主体可以包含碱金属氧化物。至少所述第一嵌入主体可包含约60至95重量％的膨胀石墨，约1-20重量％的一种或多种导电剂，和约1至20重量%的一种或多种聚合物粘合剂，基于第一嵌入主体的总重量计。在另一个实施方案中，公开了一种用于脱盐电池的脱盐嵌入电极。所述电极可包含约60至95重量％的膨胀石墨，约1-20重量％的一种或多种导电剂，和约1至20重量%的一种或多种聚合物粘合剂，基于脱盐嵌入电极的总重量计。膨胀石墨可包括多个石墨烯层，其中所述石墨烯层之间在z方向上的层间距大于0.34nm。多个石墨烯层之间的层间距可以是非常均匀的。所述层间距可以大于0.34nm。所述聚合物粘合剂可以包括聚偏二氟乙烯。所述导电剂可以包括炭黑。在另一个实施方案中，公开了一种脱盐嵌入主体。所述嵌入主体可包含膨胀石墨、一种或多种柱化剂、一种或多种导电剂和一种或多种聚合物粘合剂，所述膨胀石墨包括多个石墨烯层，其中石墨烯层之间在z方向上的层间距ds大于0.34nm，所述柱化剂各自并入膨胀石墨内的相邻石墨烯层之间且配置为保持相邻层之间的层间距ds。所述一种或多种柱化剂可以包括硫。所述一种或多种柱化剂可以包括一种或多种金属氧化物。所述一种或多种柱化剂可以包括一种或多种氧官能团。所述层间距ds可以为约0.37nm至0.45nm。所述一种或多种柱化剂可以与石墨烯层化学键合。附图说明图1描绘了根据一个或多个实施方案的脱盐电池的示意图；图2示出了具有不同层间距距离的原始石墨、氧化石墨和膨胀石墨的比较；图3示意性地示出了利用一个或多个实施方案的电池的四步脱盐工艺；图4示出了柱化的膨胀石墨的示意图；图5示出了取决于石墨的层间距的石墨中钠离子的相对稳定性的曲线图；和图6示出了原始石墨和膨胀石墨中(脱)嵌钠能力的循环稳定性的曲线图。专利技术详述在此描述本公开内容的实施方案。然而，应当理解，所公开的实施方案仅是实例，其它实施方案可以采取各种替代形式。附图不必按比例绘制；一些特征可能会被放大或最小化以显示特定组件的细节。因此，本文公开的具体结构和功能细节不应解释为限制性的，而仅仅是作为教导本领域技术人员以各种方式使用本专利技术的代表性基础。如本领域普通技术人员将理解的，参考任一附图所说明和描述的各种特征可以与在一个或多个其它附图中说明的特征组合以产生未明确说明或描述的实施方案。所示特征的组合提供了典型应用的代表性实施方案。然而，对于特定的应用或实施，与本公开内容的教导一致的特征的各种组合和修改也会是合意的。除了明确指出，在本说明书中表示尺寸或材料性质的所有数值应理解为在描述本公开内容的最宽范围时由措辞“约”修饰。首字母缩写词或其它缩写的第一次定义适用于本文中相同缩写的所有后续使用，并且经必要修改适用于初始定义的缩写的正常语法变体。除非明确地相反说明，否则通过与之前或之后对同一性质引用的相同技术来确定性质的测量。术语“基本上”或“约”在本文中可用于描述所公开或要求保护的实施方案。术语“基本上”或“约”可以修饰在本公开内容中所公开或要求保护的值或相对特性。在这种情况下，“基本上”或“约”可表示其修饰的值或相对特性在所述值或相对特性的±0％、0.1％、0.5％、1％、2％、3％、4％、5％或10％之内。适合与本专利技术的一个或多个实施方案结合的给定目的的一组或一类材料的描述暗示该组或该类的任何两个或更多个成员的混合物是合适的。用化学术语对成分的描述是指添加到说明书中指定的任何组合时的成分，并不一定排除一旦混合后混合物的成分之间的化学相互作用。首字母缩写词或其它缩写的第一次定义适用于本文中相同缩写的所有后续使用，并且经必要修改适用于初始定义的缩写的正常语法变体。除非明确地相反说明，否则通过与之前或之后对同一性质引用的相同技术来确定性质的测量。地球上不断增长的人口对用于消费、农业和工业目的的清洁淡水的需求与日俱增。淡水是指具有低的盐浓度(通常小于1％)的水溶液。由于淡水源受限，已经进行了许多尝试来通过脱盐由丰富的海洋水生产淡水。脱盐是从咸水中去除矿物质组分的方法。从咸水中去除盐和其它化学物质需要电能或热能以将咸水分成两股物流，含有低浓度溶解盐的淡水物流和浓盐水第二物流。已经开发了多种脱盐技术，例如蒸发、冷冻、蒸馏、反渗透、离子交换、电渗析等。然而，所有这些技术都有某些缺点，所述缺点妨碍了它们的广泛使用并限制了其成功。例如，反渗透通常需要大量的电能输入，这使得该技术相当昂贵。另外，反渗透利用选择性膜，该膜易于结垢或不希望的矿物质积累沉积在膜表面上。因此，该膜需要经常更换，这导致维护需求和增加的成本。电渗析是使用离子交换膜的另一种膜脱盐技术。电渗析可能很昂贵，并且对微细菌污染没有屏障作用。无膜技术存在其它挑战。例如，冻融通常依赖于自然零下温度的延长时段，因此可能仅限于某些气候条件。多效蒸馏利用几个级或效，在此过程中，进料水被咸水喷射到其上的管中的蒸汽加热。然而，除非废热可用于脱盐工艺，否则该技术存在高的操作成本，并且高温可增加腐蚀和结垢。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种脱盐电池，其包括：/n容器，其配置成容纳具有第一溶解盐浓度

【技术特征摘要】
20181227 US 16/2335121.一种脱盐电池，其包括：
容器，其配置成容纳具有第一溶解盐浓度c1的咸水溶液；
第一和第二嵌入主体，其设置为与所述咸水溶液流体连通，至少所述第一嵌入主体包含具有多个石墨烯层的膨胀石墨，其中所述石墨烯层之间在z方向上的层间距大于0.34nm；和
电源，其配置为向所述第一和第二嵌入主体供应电流，使得所述第一和第二嵌入主体可逆地存储和释放来自位于多个石墨烯层之间的咸水溶液的阳离子和阴离子，以在所述容器内产生具有第二溶解盐浓度c2的淡水溶液和具有第三溶解盐浓度c3的盐水溶液，使得c3>c1>c2。


2.根据权利要求1所述的脱盐电池，其中所述多个石墨烯层之间的层间距是非常均匀的。


3.根据权利要求1所述的脱盐电池，其中所述层间距为约0.37nm至0.45nm。


4.根据权利要求1所述的脱盐电池，其中所述电源配置为在约-0.5至1.5V操作。


5.根据权利要求1所述的脱盐电池，其中所述电池进一步包括咸水入口和淡水出口。


6.根据权利要求1所述的脱盐电池，其中所述第一和第二嵌入主体均包含具有多个石墨烯层的膨胀石墨，所述石墨烯层的层间距大于0.34nm。


7.根据权利要求1所述的脱盐电池，其中所述第二嵌入主体包含一种或多种碱金属氧化物。


8.根据权利要求1所述的脱盐电池，其中至少所述第一嵌入主体包含约60至95重量％的膨胀石墨，约1-20重量％的一种或多种导电剂，和约1至20重量%的一种或多种聚合物粘合剂，基于所述第一嵌入主体的总重量计。


9.一种用于脱盐电池的脱盐嵌入电极，所述电极包含：
约...

【专利技术属性】
技术研发人员：S金，J迈洛亚，M科恩布卢思，G萨姆索尼泽，M梅茨格，S库潘，S赫尔斯特龙，B科青斯基，N克雷格，
申请(专利权)人：罗伯特·博世有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE