流化床电极系统以及高容量功率存储和使用这些系统的水处理方法技术方案

本发明专利技术使用电化学离子吸收（充电）和离子解吸（放电）的原理，并涉及流化床电极系统、高容量能量存储系统和使用这些系统的水处理方法，其中高容量电能被存储为浆体相的电极材料，且电解质同时以连续方式流入到形成在电极上的细流通道结构中。更具体地，本发明专利技术涉及流化床电极系统、能量存储系统和水处理方法，其中电极活性材料连续地以浆体相流动，由此不扩大或层叠电极而容易地获得高容量。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术使用电化学离子吸收(充电)和离子解吸(放电)的原理，并涉及连续流电极系统、高容量能量存储系统和使用这些系统的水处理方法，其中处于浆体相的电极材料和电解质以连续方式在形成在电极上的细流通道结构中同时流动，以便在其中存储高容量电能。更具体地，本专利技术涉及连续流电极系统、能量存储系统以及水处理方法，其中电极活性材料连续地以浆体相流动，由此不用扩大或层叠电极以用于高容量的情况下而容易地获得高容量。
技术介绍
近年来，世界上许多国家已大力致力于研发清洁的可替代能源以及存储能量的技术，以便解决与空气污染和/或全球变暖有关的问题。特别地，电能存储技术包括例如高容量功率存储系统用于存储由大量可替代能源、不同种类的移动装置产生的电能，用于未来的电动汽车的小尺寸但高能量的功率存储系统以减少大气污染等，这些是作为未来绿色产业的基础的关键点。大部分这样的用于功率存储的未来技术是基于离子吸收(充电)和解吸(放电)的原理使用，诸如锂离子电池或超级电容器，因此世界上所有国家都继续致力于有意义的研发以通过改善材料和部件的充电-放电特征实现高效率的致密化和容量扩展。同时，以上描述的同样原理最近也被用于水处理应用，包括处理净化水或废水、海水淡化等，由此与现有的蒸发或逆渗透(RO)相比非常节能的处理水的方法，S卩，现在正在开发的电容去离子(⑶I)处理。`对于使用如上描述的同样原理的功率存储和水处理系统，最显著的问题是高设备成本以及电容扩展的效率降低。换句话说，由于用于按比例增加的电极面积的增加，由此引起的电极中的电场分布的不规则性、涂覆在集电体上的膜电极中有限量的活性材料、在涂覆过程中活性材料和电解质之间由粘合剂导致的接触面积的降低以及充电-放电效率的恶化等等，必须层叠大量的单元电池，以便引起高设备成本，且特别地，电容去离子(CDI)处理遇到由于堆叠流(stack flow)中水(电解质)压力损失而引起的增加操作成本的问题。
技术实现思路
技术问题因此，本专利技术的一个目的是提供一种连续流电极系统，其具有扩展的容量而不需要层叠或增加向其施加容量扩展的电极区域。本专利技术的另一个目的是提供一种有效和经济的高容量能量存储系统。而且，本专利技术的另一个目的是提供一种水处理方法，其使得具有低能源成本的水处理成为可能。技术方案本专利技术的方面I旨在一种连续流电极系统，包括:含有可流动阳极活性材料的流阳极；含有可流动阴极活性材料的流阴极；以及电解质。根据方面I的连续流电极系统，该阳极活性材料和阴极活性材料连续流动，由此被连续地提供给系统，因此容量可被容易地扩展，而不需要层叠和/或增加电极区域。根据本专利技术的方面2，在本专利技术的方面I的连续流电极系统，阳极包括阳极集电体；阳极隔离层；形成在阳极集电体和阳极隔离层之间阳极流通道；以及流过阳极流通道的阳极活性材料，且阴极包括阴极集电体；阴极分离层；形成在阴极集电体和阴极分离层之间的阴极流通道；以及流过阴极流通道的阴极活性材料，其中所述电解质流过在阳极分离层和阴极分离层之间形成的作为电解质流通道的绝缘间隔物。根据方面2的连续的流电极系统，由阳极活性材料和电解质之间或阴极活性材料和电解质之间的离子交换执行离子吸附(充电)和/或解吸(放电)，以便存储和/或产生能量。根据本专利技术的方面3，在本专利技术的方面2的连续流电极系统中，阳极分离层是微孔绝缘分离膜或阴离子交换(导电)膜，且阴极分离层是微孔绝缘分离膜或阳离子交换(导电)膜。根据方面3的连续流电极系统，通过微孔绝缘分离膜或阴离子交换膜，离子可从活性材料被转移或交换到电解质，由此存储和/或产生能量。根据本专利技术的方面4，在本专利技术的方面2的连续流电极系统中，阳极活性材料或阴极活性材料与电解质混合以形成浆体相的活性材料。根据方面4的连续流电极系统，容易控制流动速率并恒定且连续地提供活性材料给单元连续流电极系统，由此恒定地存储和/或产生能量。根据本专利技术的方面5，在本专利技术的方面2的连续流电极系统中，阳极活性材料或阴极活性材料包括同样的材料。根据方面5的连续流电极系统，阳极和阴极活性材料都仅使用一个装置而存储和提供，由此减少存储和管理上述活性材料引起的不便，并降低用于提供各装置的花费。根据本专利技术的方面6，在本专利技术的方面2的连续流电极系统中，分离层是微孔绝缘分离膜，且阳极活性材料或阴极活性材料是微囊化的(micro-capsulated)。根据方面6的连续流电极系统，微囊化的电极活性材料允许与电解质的接触面积增加，由此改善反应性。根据本专利技术的方面7，电解质的流向与流阳极的阳极活性材料和流阴极的阴极活性材料的流向都相反，其中这两个活性材料以相同方向流动。基于上述技术配置，可设计各种形式的连续流电极系统。根据本专利技术的方面8，流阳极的阳极活性材料具有与流阴极的阴极活性材料不同的流动速率，以提供不对称的电极。即，由于它们具有彼此不同的流动速率，流动速率的绝对值可不同，或流向可彼此相反。因此，有可能设计各种形式的连续流电极系统。根据本专利技术的方面9，系统没有分离层。因此，系统具有简单结构。但是，为了防止阳极活性材料和阴极活性材料的混合，阳极活性材料或阴极活性材料是微囊化的。根据本专利技术的方面10，在方面I到9中的任一个中的连续流电极系统中，连续流电极系统是二次电极或电双层电容器(EDLO0根据方面10的连续流电极系统，根据其目的，系统可以各种形式被使用。本专利技术的方面11涉及一种高容量能量存储系统，包括:根据方面I到9的任一个的连续流电极系统；馈送装置，分别提供阳极活性材料、阴极活性材料和电解质；电源，向连续流电极系统提供功率；转换开关，控制在电源中出现的电势差；以及存储罐，用于存储阳极活性材料、阴极活性材料和电解质中的每一种。根据方面11的能量存储系统，阳极活性材料、阴极活性材料和电解质不被存储在连续流电极系统中，而是被存储在单独提供的额外存储罐中，并被提供给系统，可存储高容量的能量，而不要求扩展或层叠电极区域。因此，可容易地执行用于不同容量的按比例增力口，且制造和操作的花费被显著降低，由此上述系统可被有用地用于未来的能源产业。根据本专利技术的方面12，在方面11的高容量能量存储系统中，系统还包括连接到转换开关的电阻器。根据方面12的高容量能量存储系统，转换开关从电源被转换到电阻器，允许存储在存储罐中的尚子吸收(充电的)功率被输出。根据本专利技术的方面13，在方面11的高容量能量存储系统中，馈送装置包括馈送罐和馈送泵，以分别提供阳极活性材料、阴极活性材料和电解质。根据方面13的高容量能量存储系统，馈送罐可独立于连续流电极系统而被单独提供，由此不考虑连续的流电极系统的尺寸而以降低的成本实现容量扩展。根据本专利技术的方面14，在方面13的高容量能量存储系统中，单个馈送罐被用作阳极活性材料馈送罐，以提供阳极活性材料，且同时作为阴极活性材料馈送罐以提供阴极活性材料。根据方面14的高容量能量存储系统，当阳极活性材料与阴极活性材料相同时，仅使用单个馈送罐就可充分提供活性材料，由此降低了设备成本。根据本专利技术的方面15，在方面13的高容量能量存储系统中，提供了两个连续流电极系统，其中连续流电极系统一部分被用作充电设备而剩余部分被用作放电设备，从能量存储设备流出以用于放电的阳极活性材料和阴极活性材料再次被分别循环到阳极活性材料馈送本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种连续流电极系统，包括：流阳极，含有可流动阳极活性材料；流阴极，含有可流动阴极活性材料；以及电解质。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：金东国，金台焕，赵喆熙，朴钟洙，秋绔莲，吕贞九，
申请(专利权)人：韩国能量技术研究院，
类型：发明
国别省市：韩国;KR