电化学介导的包括来自低浓度流的气体捕获制造技术

提供了与从气体混合物中进行目标气体的电化学分离相关的方法、设备和系统。在一些情况下，使用电化学电池将目标气体例如二氧化碳捕获并任选地释放(例如，通过与处于还原态的电活性物质键合)。一些实施方案特别可用于选择性地捕获目标气体同时与可能存在于气体混合物中的氧气很少反应或不反应。一些这样的实施方案可以用于涉及从具有相对低浓度的目标气体的气体混合物中进行分离的应用，例如直接空气捕获和通气空气处理。空气捕获和通气空气处理。空气捕获和通气空气处理。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电化学介导的包括来自低浓度流的气体捕获
[0001]相关申请
[0002]本申请是2019年10月21日提交的题为“Electrochemically Mediated Gas Capture，Including from Low Concentration Streams”的美国专利申请第16/659,398号的部分继续申请，也是2019年10月21日提交的题为“Electrochemically Mediated Gas Capture，Including from Low Concentration Streams”的国际专利申请第PCT/US2019/057224号的部分继续申请，其各自根据35U.S.C
§
119(e)要求2019年8月28日提交的题为“Electrochemically Mediated Carbon Capture from Low Concentration Streams”的美国临时申请第62/892,962号的优先权，出于所有目的，其全部都通过引用整体并入本文。


[0003]总体上描述了与从本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.电化学电池，其包括：负电极，其包含第一电活性物质；正电极；和在所述负电极与所述正电极之间的隔离件，所述隔离件能够包含导电液体；其中所述第一电活性物质具有：氧化态；和至少一个还原态，在所述至少一个还原态下所述物质能够与目标气体键合，但针对所述至少一个还原态，在至少一个温度下与氧气(O2)的反应在热力学上是不利的。2.电化学电池，其包括：负电极，其包含固定在所述负电极上的第一电活性物质；和正电极；其中所述第一电活性物质具有：氧化态；和至少一个还原态，在所述至少一个还原态下所述物质能够与目标气体键合，但针对所述至少一个还原态，在至少一个温度下与氧气(O2)的反应在热力学上是不利的。3.气体分离系统，其包括：与气体入口和气体出口流体连通的复数个电化学电池，其中：所述气体分离系统被配置为在大于或等于0.001L/秒且小于或等于500L/秒的气流流量下具有大于等于0.003kg
目标气体
/(kg
床
t
b
)的用于捕获目标气体的生产力，其中kg
床
为床重以及t
b
为所述气体分离系统的突破时间。4.根据权利要求1至3中任一项所述的电化学电池，其中所述电化学电池包括包含第一电活性物质的负电极。5.根据权利要求1至4中任一项所述的电化学电池，其中所述第一电活性物质具有氧化态，和至少一个还原态，在所述至少一个还原态下所述物质能够与目标气体键合，但针对所述至少一个还原态，在大于或等于223K的至少一个温度下与氧气(O2)的反应在热力学上是不利的。6.根据权利要求1至5中任一项所述的电化学电池，其中所述第一电活性物质具有氧化态，和至少一个还原态，在所述至少一个还原态下所述物质能够与目标气体键合，但针对所述至少一个还原态，在大于或等于223K且小于或等于573K的至少一个温度下与氧气(O2)的反应在热力学上是不利的。7.根据权利要求1至6中任一项所述的电化学电池，其中所述第一电活性物质具有氧化态，和至少一个还原态，在所述至少一个还原态下所述物质能够与目标气体键合，但针对所述至少一个还原态，在大于或等于223K且小于或等于373K的至少一个温度下与氧气(O2)的反应在热力学上是不利的。8.根据权利要求1至7中任一项所述的电化学电池，其中所述第一电活性物质具有至少一个还原态，在所述至少一个还原态下所述物质能够与目标气体键合，但针对所述至少一个还原态，在298K下与氧气(O2)的反应在热力学上是不利的。9.根据权利要求1、3至8中任一项所述的电化学电池，其中所述第一电活性物质固定在所述负电极上。
10.根据权利要求1至2、4至9中任一项所述的电化学电池，其中所述负电极包括包含所述第一电活性物质的主电活性复合层。11.根据权利要求1至2、4至10中任一项所述的电化学电池，其中所述第一电活性物质具有氧化态，和至少一个还原态，在所述至少一个还原态下所述物质能够与目标气体键合，但针对所述至少一个还原态，在298K下与氧气(O2)的反应在热力学上是不利的。12.根据权利要求1至2、4至11中任一项所述的电化学电池，其中在所述导电液体中用于产生所述第一电活性物质的所述至少一个还原态的标准还原电势比用于氧气(O2)与超氧化物(O2‑
)之间的相互转化的标准还原电势更正。13.根据权利要求1至2、4至12中任一项所述的电化学电池，其中在所述导电液体中用于产生所述第一电活性物质的所述至少一个还原态的标准还原电势比用于超氧化物(O2‑
)与过氧化物(O
22
‑
)的相互转化的标准还原电势更正。14.根据权利要求1至2、4至13中任一项所述的电化学电池，其中所述第一电活性物质为固定在所述负电极上的聚合物材料的一部分。15.根据权利要求1至2、4至14中任一项所述的电化学电池，其中所述第一电活性物质包含任选取代的醌。16.根据权利要求1至2、4至15中任一项所述的电化学电池，其中所述第一电活性物质包含选自式(IA)和(IB)的结构中的一者或更多者：其中R1、R2、R3、和R4可以相同或不同，并且可以为氢、卤素、羟基、羧酸根/羧酸、磺酸根/磺酸、烷基磺酸根/烷基磺酸、膦酸根/膦酸、烷基膦酸根/烷基膦酸、酰基、氨基、酰胺基、季铵、支化或未支化烷基、杂烷基、烷氧基、二醇氧基、聚亚烷基二醇氧基、亚氨基、聚亚氨基、支化或未支化烯基、支化或未支化炔基、芳基、杂芳基、杂环基、硝基、腈、硫基、和/或羰基，其中任一者是任选取代的，和/或R1至R4的任何两个相邻基团可以连接在一起以形成任选取代的环。17.根据权利要求1至2、4至16中任一项所述的电化学电池，其中所述第一电活性物质包含以下中的一者或更多者：菲醌酯(PQ
‑
酯)、碘代菲醌(PQ
‑
I)、二碘代菲醌(PQ
‑
I2)、菲醌(PQ)、邻萘醌(o
‑
NQ)、二甲基对萘醌(p
‑
NQ
‑
Me2)、对萘醌(p
‑
NQ)、二叔丁基苯醌(TBQ)、和苯醌(BQ)，其结构如下所示：
其中R5为任选取代的支化或未支化C1至C18烷基。18.根据权利要求1至2、4至17中任一项所述的电化学电池，其中所述负电极包括气体可渗透层。19.根据权利要求1至2、4至18中任一项所述的电化学电池，其中所述负电极是多孔的。20.根据权利要求1至2、4至19中任一项所述的电化学电池，其中所述电化学电池包括在所述负电极与所述正电极之间的隔离件，所述隔离件能够包含导电液体。21.根据权利要求20所述的电化学电池，其中所述隔离件包含所述导电液体。22.根据权利要求20至21中任一项所述的电化学电池，其中所述隔离件经所述导电液体饱和。23.根据权利要求20至22中任一项所述的电化学电池，其中所述导电液体包含非挥发性电解质。24.根据权利要求20至23中任一项所述的电化学电池，其中所述导电液体包含室温离子液体。25.根据权利要求24所述的电化学电池，其中所述室温离子液体包含1
‑
丁基
‑3‑
甲基咪唑双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺(Bmim)作为阳离子组分。26.根据权利要求24至25中任一项所述的电化学电池，其中所述室温离子液体包含双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺(TF2N)作为阴离子组分。27.根据权利要求1至2、4至26中任一项所述的电化学电池，其中所述正电极包含第二电活性物质。28.根据权利要求27所述的电化学电池，其中所述正电极包括气体可渗透层和包含所述第二电活性物质的互补电活性复合层。29.根据权利要求1至2、4至28中任一项所述的电化学电池，其中所述负电极为第一负电极，以及所述电化学电池还包括：包含所述第一电活性物质的第二负电极；和在所述正电极与所述第二负电极之间的能够经导电液体饱和的第二隔离件。30.根据权利要求1至2、4至29中任一项所述的电化学电池，其中所述正电极包括在面向所述第一负电极的第一互补电活性复合层与面向所述第二负电极的第二互补电活性复合层之间的基底。31.根据权利要求27至30中任一项所述的电化学电池，其中所述第二电活性物质包含
氧化还原活性聚合物。32.根据权利要求31中任一项所述的电化学电池，其中所述氧化还原活性聚合物包含聚乙烯基二茂铁。33.根据权利要求27至32中任一项所述的电化学电池，其中所述第二电活性物质包含嵌入化合物。34.根据权利要求33所述的电化学电池，其中所述嵌入化合物包括磷酸铁锂(LiFePO4)。35.根据权利要求10至34中任一项所述的电化学电池，其中所述主电活性复合层包含含碳材料。36.根据权利要求1至35中任一项所述的电化学电池，其中所述目标气体包括二氧化碳。37.气体分离系统，其包括与气体入口和气体出口流体连通的复数个的权利要求1至2、4至36所述的电化学电池。38.根据权利要求37所述的气体分离系统，其被配置为在大于或等于0.001L/秒且小于或等于500L/秒的气流流量下具有大于等于0.003kg
目标气体/
(kg
床
t
b
)的用于捕获目标气体的生产力，其中kg
床
为床重以及t
b
为所述气体分离系统的突破时间。39.根据权利要求3和37至38中任一项所述的气体分离系统，其被配置为在大于或等于0.001L/秒且小于或等于500L/秒的气流流量下具有小于或等于0.05kg
目标气体
/(kg
床
t
b
)的用于捕获目标气体的生产力。40.根据权利要求3、37至39中任一项所述的气体分离系统，其中所述气流流量为所述系统中的每100cm2负电极面积的气流流量。41.根据权利要求3、37至40中任一项所述的气体分离系统，其中所述气流流量为所述系统中的所述复数个电化学电池中每10个电化学电池的气流流量。42.根据权利要求3和37至41中任一项所述的气体分离系统，其中所述复数个电化学电池并联电连接。43.根据权利要求3和37至41中任一项所述的气体分离系统，其中所述复数个电化学电池串联电连接。44.根据权利要求3和37至43中任一项所述的气体分离系统，其中在所述复数个电化学电池中的至少一些之间存在流场。45.根据权利要求43至44中任一项所述的气体分离系统，其中串联电连接的所述复数个电化学电池的第一电化学电池和第二电化学电池经由所述第一电化学电池与所述第二电化学电池之间的一个或更多个导电材料电连接。46.根据权利要求45所述的气体分离系统，其中所述一个或更多个导电材料包括双极板。47.至少部分气体分离的方法，所述方法包括：跨越权利要求1至36中任一项所述的电化学电池施加电势差；将气体混合物暴露于所述电化学电池；以及使至少一部分的目标气体与第一电活性物质键合以产生比所述气体混合物具有更低量的所述目标气体的经处理气体混合物。48.至少部分气体分离的方法，所述方法包括：
在根据权利要求3和37至46中任一项所述的气体分离系统中，跨越所述复数个电化学...

【专利技术属性】
技术研发人员：萨哈格，
申请(专利权)人：麻省理工学院，
类型：发明
国别省市：