BR102019002402A2

BR102019002402A2 - Sistema de regeneração de dessecante líquido eletroquímico

Info

Publication number: BR102019002402A2
Application number: BR102019002402-0A
Authority: BR
Inventors: Eugene S. Beh; Jessica Louis Baker RIVEST; Michael Benedict; Elif Karatay
Original assignee: Palo Alto Research Center Incorporated
Priority date: 2018-02-07
Filing date: 2019-02-06
Publication date: 2020-02-18
Also published as: TW201934192A; CN110117048A; US10821395B2; US20190240623A1; US20190240614A1; JP7250544B2; AU2019200391A1; KR102643196B1; BR102019002402A8; US11648506B2; KR20190095905A; TWI828651B; JP2019141835A

Abstract

sistema de regeneração de dessecante líquido eletroquímico. trata-se de um sistema de regeneração de dessecante líquido que compreende um aparelho de eletrodiálise que tem um primeiro e um segundo reservatórios, em que a concentração de uma solução de entrada no primeiro reservatório aumenta para uma concentração limite, e a concentração da solução de entrada diminui no segundo reservatório durante um modo de operação. uma primeira câmara eletrolítica redox ativa compreende um primeiro eletrodo e uma primeira solução de um material eletrolítico redox ativo e tem uma reação redox reversível com o primeiro material eletrolítico para conduzir um íon para o primeiro reservatório. uma segunda câmara eletrolítica redox ativa compreende um segundo eletrodo e uma segunda solução de um material eletrolítico redox ativo e tem uma reação redox reversível com o segundo material eletrolítico para aceitar um íon do segundo reservatório. um primeiro tipo de membrana é disposto entre o primeiro e o segundo reservatórios, e um segundo tipo de membrana, diferente do primeiro, é disposto entre as respectivas câmaras e reservatórios de eletrodos.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para SISTEMA DE REGENERAÇÃO DE DESSECANTE LÍQUIDO ELETROQUÍMICO.

[0001] Esta revelação refere-se, de modo geral, a sistemas de dessalinização e salinização que têm, opcionalmente, a capacidade para armazenar energia, métodos de operação do mesmo e uma bateria eletroquímica para uso nos sistemas.

[0002] A implantação de armazenamento de energia elétrica em escala de grade permite a penetração profunda da geração de energia a partir de energias renováveis disponíveis intermitentemente. As baterias hoje em dia fornecem a capacidade para alteração de carga, mas os altos preços ainda impedem a ampla integração do armazenamento e, consequentemente, podem retardar a adoção de fontes renováveis. Ao mesmo tempo, a crescente escassez de água forçou a instalação de tecnologias de dessalinização intensivas de energia para atender à demanda crescente de água.

[0003] Por exemplo, há uma pressão cada vez maior sobre o fornecimento de água potável como resultado das mudanças climáticas e do implacável ritmo de crescimento populacional em todo o mundo. Para comunidades localizadas em áreas em que não há acesso imediato a água doce, como o Golfo Pérsico e outras áreas desérticas, a água doce é produzida através da dessalinização da água do mar. Nesses locais, esse processo é altamente intensivo de energia, independentemente de ser hidraulicamente acionado (por exemplo, por osmose reversa (RO)), térmica (por exemplo, por meio de destilação instantânea) ou eletroquimicamente (por exemplo, por eletrodiálise). Em outros lugares, todos esses métodos são rotineiramente empregados para tratar águas residuais contaminadas pela atividade industrial.

[0004] Além disso, o preço da geração de eletricidade a partir de

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2/50 fontes renováveis está caindo rapidamente, impulsionado principalmente por melhorias tecnológicas na geração solar e eólica. Em outubro de 2017, a Arábia Saudita recebeu uma oferta para fornecer eletricidade a partir de energia solar a um preço de US$ 17,90/MWh para uma usina de 300 MW. Essa disponibilidade imediata de elétrons baratos apresenta uma oportunidade para que os métodos eletroquímicos de dessalinização (ou tratamento) de água desempenhem um papel maior no atendimento da demanda crescente por água. São descritos no presente documento sistemas e processos que reduzem tanto o consumo de energia quanto os custos gerais de dessalinização com o uso de uma bateria eletroquímica.

[0005] As modalidades descritas no presente documento são destinadas a um sistema de regeneração de líquido dessecante. O sistema compreende um aparelho de eletrodiálise que compreende o primeiro e o segundo reservatórios, em que cada um tem uma entrada e uma saída, em que a concentração de uma solução de entrada é aumentada para uma concentração limite no primeiro reservatório e a concentração da solução de entrada no segundo reservatório diminui durante um modo de operação. Uma primeira câmara eletrolítica redox ativa compreende pelo menos um primeiro eletrodo e uma primeira solução de um material eletrolítico redox ativo e é configurada para ter uma reação redox reversível com o primeiro material eletrolítico redox ativo para acionar pelo menos um íon na solução de entrada no primeiro reservatório. Uma segunda câmara eletrolítica redox ativa compreende pelo menos um segundo eletrodo e uma segunda solução de um material eletrolítico redox ativo e é configurada para ter uma reação redox reversível com o segundo material eletrolítico redox ativo para aceitar pelo menos um íon da solução de entrada no segundo reservatório. Um primeiro tipo de membrana é disposto entre o primeiro e o segundo reservatório, e um segundo tipo de membrana, diferente do primeiro tipo, é disposto entre

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3/50 a primeira câmara eletrolítica redox ativa e o primeiro reservatório e disposto entre a segunda câmara eletrolítica redox ativa e o segundo reservatório.

[0006] Outras modalidades são dirigidas a um sistema que compreende uma unidade de desumidificação configurada para diluir um dessecante líquido a partir de uma primeira concentração de uma segunda concentração, uma primeira unidade de bateria eletrodialítica, uma unidade de comutação, e um sistema de transporte. A bateria eletrodialítica compreende um primeiro reservatório acoplado à unidade de desumidificação para receber o dessecante líquido que tem a segunda concentração e que compreende uma saída, em que o dessecante líquido que tem a segunda concentração no primeiro reservatório é aumentado em concentração para uma terceira concentração ou diminuído em concentração para uma quarta concentração durante um modo de operação. Um segundo reservatório também é acoplado à unidade de desumidificação para receber o dessecante líquido que tem a segunda concentração e que compreende uma saída, em que a concentração do dessecante líquido que tem a segunda concentração no segundo reservatório é mudada da forma oposta à do dessecante líquido no primeiro reservatório durante o modo de operação. Uma primeira câmara eletrolítica redox ativa compreende pelo menos um primeiro eletrodo e uma primeira solução de um material eletrolítico redox ativo e é configurada para ter uma reação redox reversível com o primeiro material eletrolítico redox ativo para conduzir pelo menos um íon para (ou aceitar pelo menos um íon de) o dessecante líquido que tem a segunda concentração no primeiro reservatório de água. Uma segunda câmara eletrolítica redox ativa compreende pelo menos um segundo eletrodo e uma segunda solução de um material eletrolítico redox ativo e é configurada para ter uma reação redox reversível com o segundo material eletrolítico redox ativo para aceitar pelo menos um íon de (ou conduzir pelo menos um

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4/50 íon para) o dessecante líquido que tem a segunda concentração no segundo reservatório de água. A bateria inclui adicionalmente um primeiro tipo de membrana é disposto entre o primeiro e o segundo reservatório, e um segundo tipo de membrana, diferente do primeiro tipo, é disposto entre a primeira câmara eletrolítica redox ativa e o primeiro reservatório e disposto entre a segunda câmara eletrolítica redox ativa e o segundo reservatório. A unidade comutadora compreende um primeiro comutador acoplado à saída do primeiro reservatório e um segundo comutador acoplado à saída do segundo reservatório. O sistema de transporte é acoplado à unidade comutadora e à unidade de desumidificação e é configurado para transportar o dessecante líquido que tem a terceira concentração do primeiro ou segundo reservatório para a unidade de desumidificação.

[0007] As modalidades adicionais são direcionadas aos métodos. Os métodos incluem o uso de um dessecante líquido em um processo de desumidificação para remover água de um material e diluir o dessecante líquido de uma primeira concentração para uma segunda concentração. O dessecante líquido diluído é transportado para o primeiro e o segundo reservatórios de um aparelho de eletrodiálise e o aparelho de eletrodiálise é operado para gerar uma primeira saída que compreende um dessecante líquido que tem uma concentração limite e para gerar uma segunda saída que compreende uma maioria de água. A primeira saída é, então, transportada para o processo de desumidificação. O aparelho de eletrodiálise compreende o primeiro e o segundo reservatórios, em que cada um que compreende uma entrada e uma saída, em que a concentração de um dessecante líquido é aumentada para uma concentração limite no primeiro reservatório e diminui no segundo reservatório durante um modo de operação. Uma primeira câmara eletrolítica redox ativa compreende pelo menos um primeiro eletrodo e uma primeira solução de um material eletrolítico redox ativo e é configurada

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5/50 para ter uma reação redox reversível com o primeiro material eletrolítico redox ativo para acionar pelo menos um íon no dessecante líquido no primeiro reservatório. Uma segunda câmara eletrolítica redox ativa compreende pelo menos um segundo eletrodo e uma segunda solução de um material eletrolítico redox ativo e é configurada para ter uma reação redox reversível com o segundo material eletrolítico redox ativo para aceitar pelo menos um íon do dessecante líquido no segundo reservatório. O aparelho também inclui um primeiro tipo de membrana disposto entre o primeiro e o segundo reservatório, e um segundo tipo de membrana, diferente do primeiro tipo, disposto entre a primeira câmara eletrolítica redox ativa e o primeiro reservatório e disposto entre a segunda câmara eletrolítica redox ativa e o segundo reservatório;

[0008] O sumário acima não se destina a descrever cada modalidade revelada ou toda implantação da presente revelação. As Figuras e a descrição detalhada abaixo exemplificam, mais particularmente, modalidades ilustrativas.

[0009] A Figura 1A é um diagrama esquemático de um sistema de eletrodiálise com uma barqueta redox positivamente carregada de acordo com determinadas modalidades;

[0010] A Figura 1B é um diagrama esquemático de um sistema de eletrodiálise com uma barqueta redox negativamente carregada de acordo com determinadas modalidades;

[0011] A Figura 2A é um diagrama esquemático de um ciclo de carga de uma bateria eletrodialítica com um par de reagentes positivamente carregados de acordo com determinadas modalidades;

[0012] A Figura 2B é um diagrama esquemático de um ciclo de descarga da bateria eletrodialítica da Figura 2A de acordo com determinadas modalidades;

[0013] As Figuras 3A a 3B são um diagrama esquemático de um sistema de armazenamento de energia acoplado a uma unidade de

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6/50 fonte de alimentação e a uma rede elétrica de acordo com determinadas modalidades;

[0014] A Figura 4A é um gráfico do potencial de circuito aberto como uma função de um estado de carga da célula de acordo com determinadas modalidades;

[0015] A Figura 4B é um gráfico das respectivas salinidades de reservatório em função de um estado de carga da célula de acordo com determinadas modalidades;

[0016] A Figura 5A ilustra o modo de operação de descarga para uma bateria eletrodialítica com quatro câmaras de acordo com determinadas modalidades;

[0017] A Figura 5B ilustra o modo de operação de carga para uma bateria eletrodialítica com quatro câmaras de acordo com determinadas modalidades;

[0018] A Figura 5C ilustra um modo de operação de eletrodiálise para uma bateria eletrolítica com quatro câmaras de acordo com determinadas modalidades;

[0019] A Figura 5D ilustra um modo de operação de desumidificação para uma bateria eletrodialítica com quatro câmaras de acordo com determinadas modalidades;

[0020] As Figuras 6A a 6B são gráficos que mostram medições de um sistema de eletrodiálise com quatro câmaras que usa ferrocianeto/ferricianeto como uma barqueta redox;

[0021] A Figura 6C é um gráfico que mostra a concentração de sal como uma função da carga passada no sistema de eletrodiálise com quatro câmaras das Figuras 6A a 6B;

[0022] A Figura 6D é um gráfico que mostra a concentração de sal em função do tempo no sistema de eletrodiálise com quatro câmaras das Figuras 6A a 6B;

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7/50 [0023] A Figura 7A é um gráfico que compara o potencial de operação e o consumo específico de energia para sistemas de eletrodiálise convencionais e redox assistidos na pilha de células da Figura 5;

[0024] A Figura 7B é um gráfico que compara o consumo específico de energia relativo aos sistemas de eletrodiálise convencionais e redox assistidos para um número variável de pares de câmaras de salinização/dessalinização por anodo e catodo;

[0025] As Figuras 8A a 8D são gráficos dos custos, receitas e medidas de desempenho do sistema para uma bateria eletrodiálise com quatro câmaras com o uso de precificação conservadora para água e eletricidade;

[0026] As Figuras 9A a 9D são gráficos de custos, receitas e medidas de desempenho do sistema para uma bateria eletrodiométrica com quatro câmaras com o uso de precificação otimista para água e eletricidade na região do Golfo Pérsico;

[0027] A Figura 10 é um gráfico dos custos dos componentes para uma célula com quatro câmaras de acordo com determinadas modalidades;

[0028] As Figuras 11 a 13 são diagramas de fluxo de métodos de acordo com determinadas modalidades;

[0029] As Figuras 14A a 14B são gráficos que mostram medidas de sistema de eletrodiálise com quatro câmaras que utiliza BTMAP-Fc como uma barqueta redox;

[0030] A Figura 14C é um gráfico que mostra a concentração de sal como uma função da carga passada no sistema de eletrodiálise com quatro câmaras das Figuras 14A a 14B; e [0031 ] A Figura 14D é um gráfico que mostra a concentração de sal em função do tempo no sistema de eletrodiálise com quatro câmaras das Figuras 14A a 14B.

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8/50 [0032] A presente revelação é, de modo geral, relacionada a sistemas de dessalinização eletroquímica e, opcionalmente, armazenamento de energia simultânea correspondente. Os esforços de pesquisa atuais em armazenamento de rede foram contemplados com uma abordagem singular que minimiza o custo por kWh, que atualmente tem um custo-alvo do Departamento de Energia de US$ 125/kWh para 2022. Uma estratégia alternativa é aumentar a receita associada a cada kWh de armazenamento, uma alternativa que não está disponível para tecnologias convencionais de armazenamento de energia. No entanto, uma vez que as baterias eletroquímicas descritas no presente documento produzem um produto secundário valioso, a água dessalinizada, durante a carga e a descarga, essa alternativa é possível. Devido ao fato de as baterias de fluxo aquoso compartilharem muitas exigências de capital (por exemplo, bombas, membranas, encanamento) com tecnologias de dessalinização eletroquímica, um sistema que combina os dois poderia resultar em economias significativas de custo de capital em comparação a dois sistemas separados. A receita da água dessalinizada compensa os custos adicionais de capital e eleva a intensificação do processo para quebrar abaixo da barreira de US$ / kWh encontrada pelas tecnologias tradicionais de armazenamento de energia. Abordagens eletroquímicas para a dessalinização têm o potencial de escalonar de modo modular e elevar a produção facilmente, enquanto mantêm a eficiência energética alta e a capacidade de processar alimentações de alta salinidade.

[0033] O estado atual da técnica em dessalinização de água eletroquímica é eletrodiálise; no entanto, atualmente consome, de modo comparativo, mais energia para remoção de sal (por exemplo, aproximadamente 0,26 a 0,30 kWh/kg de NaCl) que outras técnicas de dessalinização como osmose reversa (por exemplo, 0,06 a 0,08 kWh/kg de NaCl), mas menor que para as técnicas térmicas como compressão por vapor

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9/50 (por exemplo, 0,6 a 1,0 kWh/kg de NaCI). A desionização capacitiva usa energia elétrica, mas também consome muita energia a cerca de 0,22 kWh/kg de NaCl e é mais adequada para remover quantidades mínimas de sais dissolvidos da água, devido ao fato de que os eletrodos têm que ser sólidos, por definição. Embora a eletrodiálise seja uma técnica que possa ser empregada para tratar salmouras em qualquer salinidade, diferente da osmose reversa, ela tem uso limitado devido ao seu alto consumo específico de energia para a remoção de sal.

[0034] Devido ao fato de o consumo de energia na eletrodiálise ser proporcional à tensão aplicada, reduzir (ou minimizar) a tensão que deve ser aplicada a uma célula reduzirá o consumo específico de energia da pilha de eletrodiálise. Na eletrodiálise convencional, os íons são expelidos da água do mar para as reações faradaicas em um anodo e catodo. Na maioria dos casos, as reações de faradaicas são simplesmente aquelas da divisão de água: a água é oxidada a oxigênio em anodo e reduzida a hidrogênio no catodo. Isso cria um desequilíbrio de carga nos eletrodos que é equilibrado pelo movimento de íons através de membranas seletivas de íons posicionadas estrategicamente. No entanto, a divisão de água envolve uma penalidade energética, devido ao fato de energia ser necessária para isso. O problema é exacerbado pelo fato de que superpotências em potencial significativas são associadas à oxidação e redução de água. Além disso, o oxigênio e o gás de cloro gerados no anodo são altamente destrutivos e exigem o uso de eletrodos revestidos de platina/irídio.

[0035] Se, apenas no estado da Califórnia, todas as fontes de geração elétrica de combustíveis fósseis no estado (0,40 quádruplos, 41% de todas as fontes) fossem substituídas pela solar e pareadas com a bateria de dessalinização para o armazenamento, conforme descrito no presente documento, a mesma permitiria um adicional de 0,63 quádruplos de geração solar a serem colocados em linha, com base em uma

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10/50 eficiência energética de ida e volta com custo otimizado de 64%. Ao mesmo tempo, a bateria de dessalinização forneceria um recurso de água equivalente a 30% do consumo do estado.

[0036] Uma célula eletroquímica, conforme descrito no presente documento, é projetada para realizar a eletrodiálise de uma maneira eficiente em termos de energia circulando uma espécie ativa redox que é dissolvida na água do anodo para o catodo e vice-versa. As espécies redox ativas possuem cinética rápida para redução ou oxidação, que reduz amplamente a alta voltagem de operação necessária para a eletrodiálise convencional, em que a separação de água conduz o transporte de sal através de membranas como membranas seletivas de íons. Reduzir a tensão de operação reduz o consumo específico de energia, devido ao fato de o consumo específico de energia ser proporcional à tensão de operação. O sistema pode, além disso, ser adaptado de forma reversível para o armazenamento de energia elétrica acoplada, pareando-se dois pares redox separados no anodo e no catodo em vez de uma única barqueta redox que circula em torno de ambos.

[0037] Em determinadas modalidades de um sistema de eletrodiálise de baixo potencial e baixo consumo de energia, um carreador redox que é dissolvido em água é reduzido no catodo, então, é transportado para o anodo em que é reoxidado e subsequentemente redistribuído para o catodo para completar o ciclo. Voltando-se para as Figuras 1A a 1B, é mostrada uma célula eletroquímica 100 que fornece eletrodiálise energeticamente eficaz, de acordo com tais modalidades. A célula 100 consiste em quatro câmaras 102, 104, 106, 108 em série. Cada câmara é separada da sua vizinha por uma membrana apropriada 110, 112, 114 (Figura 1A) ou 116, 118, 120 (Figura 1B). As duas câmaras centrais 104, 106 contêm uma corrente de salinização 130 e uma corrente de dessalinização 132, e as duas câmaras externas 102, 108 contêm respectivamente o catodo e o anodo (Figura 1A) ou o anodo e o catodo (Figura

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1B). As membranas podem ser membranas seletivas de íons, tais como membranas de troca de cátions ou membranas de troca de ânions, dependendo do desenho da célula. Se as barquetas redox tiverem um peso molecular alto o suficiente (por exemplo, são dendriméricos ou poliméricos por natureza), as membranas podem ser membranas microporosas. As membranas também podem incorporar alguns elementos seletivos de íons e alguns elementos microporosos dentro da mesma membrana. Em determinadas modalidades, as membranas também podem ser membranas compósitas.

[0038] Por exemplo, a Figura 1A ilustra um sistema de eletrodiálise redox assistida com uma barqueta redox positivamente carregada (isto é, dicloreto de 1,1'-bis (trimetilamoniopropil)ferroceno (BTMAP-Fc)). O movimento da barqueta redox do anodo 108 para o catodo 102 é mostrado pela seta 128 e do catodo 102 para o anodo 108 pela seta 126. A câmara de catodo 102 e a câmara de salinização 104 são separadas por uma membrana de troca de ânions 110, e a câmara de anodo 108 e a câmara de dessalinização 106 também são separadas por uma membrana de troca de ânions 114. No entanto, as membranas 110 e 114 podem não compreender necessariamente o mesmo material ou ter dimensões semelhantes. A câmara de salinização 104 é também separada da câmara de dessalinização 106 por uma membrana de troca de cátions 112. Conforme observado, os íons cloreto e sódio atravessam as membranas 110 e 112 para entrar na corrente de salinização 130 na câmara 104 enquanto atravessam as membranas 114 e 112 para deixar a corrente de dessalinização 132 na câmara 106.

[0039] O uso de uma barqueta redox negativamente carregada (por exemplo, ferrocianeto/ferricianeto (Fe(CN))) altera o desenho da célula 100, conforme mostrado na Figura 1B. Aqui, o movimento da barqueta redox do catodo 108 para o anodo 102 é mostrado pela seta 128 e do anodo 102 para o catodo 108 pela seta 126. A câmara de anodo 102 e

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12/50 a câmara de salinização 104 são separadas por uma membrana de troca de cátions 120, e a câmara catódica 108 e a câmaras de dessalinização 106 também são separadas por uma membrana de troca de cátions 116. No entanto, as membranas 120 e 116 podem não compreender necessariamente o mesmo material ou ter dimensões semelhantes. A câmara de salinização 104 é também separada da câmara de dessalinização 106 por uma membrana de troca de ânions 118. Conforme observado, os íons cloreto e sódio atravessam as membranas 118 e 120 para entrar na corrente de salinização 130 na câmara 104 enquanto atravessam as membranas 116 e 118 para deixar a corrente de dessalinização 132 na câmara 106.

[0040] Em várias modalidades, um número arbitrário de pares de câmaras alternadas de salinização e dessalinização pode ser empregado. No entanto, a divisão de água pode começar a ocorrer em um grande número de câmaras, quando a tensão aplicada exceder 1,26 V. Embora os veículos redox sólidos possam ser empregados em várias modalidades, os mesmos exigem grandes quantidades dos carreadores e a comutação frequente de fluxos de salinização e dessalinização devido aos materiais ativos redox sólidos não poderem ser facilmente transportados de um lado da célula eletroquímica para o outro.

[0041] A eficiência energética da célula 100 é obtida através da seleção do carreador/da barqueta redox. Um carreador redox eficaz possui tantas das propriedades a seguir quanto for possível. Por exemplo, o carreador redox deve ser quimicamente estável em formas oxidadas e reduzidas, permanecer altamente solúvel em água em formas oxidadas e reduzidas, e não ser sensível ao oxigênio em formas oxidadas e reduzidas. O carreador não deve ser acoplado a prótons, deve possuir uma cinética redox rápida e deve ser quimicamente compatível com qualquer componente presente na água a ser tratada. Além disso, o carreador deve ter baixa permeabilidade através de membranas seletivas

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13/50 de íons e ser não tóxico.

[0042] Os carreadores redox mais populares que foram relatados até o momento são compostos que contêm ferro, incluindo Fe²⁺/Fe³⁺, o par ferrocianeto/ferricianeto (Fe(CN)) e Fe(II)-EDTA/Fe(III)-EDTA. Todos os três foram considerados para uso em eletrodiálise reversa, ou seja, a geração de eletricidade a partir de gradientes de salinidade em vez do consumo de eletricidade para criar um gradiente de salinidade. O uso de um par redox para eletrodiálise convencional ainda não foi relatado. Infelizmente, os íons Fe³⁺ são solúveis em pH baixo e formam óxidos ou hidróxidos insolúveis em pH neutro, em que Fe(CN) forma compostos do tipo azul da prússia altamente insolúveis quando em contato com muitos metais de transição (especialmente ferro) e complexos Fe-EDTA mostram estabilidade eletroquímica limitada.

[0043] Embora um sistema com Fe(CN) como carreador redox possa ser demonstrado com sucesso em laboratório com apenas NaCl como água do mar simulada, a presença onipresente de cálcio e ferro na água do mar (tipicamente em níveis de 400 partes por milhão (ppm) e 1 a 3 partes por bilhão (ppb), respectivamente) causarão rapidamente a incrustação da membrana quando esses íons atravessarem para os reservatórios. Nesse, os mesmos formam precipitados insolúveis de cálcio e ferro de potássio mediante o contato com Fe(CN). Além disso, mesmo condições neutras a ligeiramente ácidas, que são criadas no anodo, causarão a liberação de cianeto de hidrogênio altamente tóxico. [0044] No entanto, um derivado de ferroceno que possui todos os atributos listados acima pode ser um carreador redox adequado, por exemplo, BTMAP-Fc. Isso é comparado com vários pares redox que contém ferro na Tabela 1 abaixo.

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TABELA 1

	Fe²⁺/Fe³⁺	Fe(EDTA)	Fe(CN)	BTMAP- Fc
Estabilidade química e eletroquímica	Excelente	Insatisfató- ria	Excelente (mas o ferricianeto é sensível à luz)	Excelente
Solubilidade em pH 7	Fe³⁺ é in- solúvel	0,4 M	0,6 M	1,9 M
Sensível a oxigênio	Não	Não	Não	Não
Taxa cinética constante em carbono vítreo	1,2 x 10^-4 cm/s	2,6 x 10^-2cm/s^t	~1 x 10 ^-1 cm/s	1,4 x 10 ^- ² cm/s
Forma precipitados insolúveis com outros íons	Não	Não	Sim	Não
Permeabilidade	Desconhecida	Desconhe- cida	< 1 x 10^-11 cm²/s (Nafion 212)*	6,2 x 10^- ¹⁰ cm2/s (Selemio n DSV)
Toxicidade	Baixa	Baixa	Geralmente baixa, mas libera HCN em pH < 7	Esperase que seja baixa

* Em platina * A pH 14 [0045] Notavelmente, cada um dentre os pares redox, com exceção

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15/50 de BTMAP-Fc, tem pelo menos uma propriedade que é inconsistente com as propriedades de um carreador redox eficaz para a célula acima discutida. Por exemplo, Fe²⁺/Fe³⁺ é insolúvel em pH 7, Fe(EDTA) tem estabilidade química e eletroquímica insatisfatória, e Fe(CN) forma precipitados insolúveis com outros íons e libera HCN tóxico a um pH de 7 ou menos. Em princípio, qualquer carreador redox solúvel em água pode ser utilizado em modalidades da célula das Figuras 1A a 1B, não apenas aqueles listados na Tabela 1. Por exemplo, dependendo do pH desejado das correntes de dessalinização e salinização, podem ser preferidos outros pares redox. Um exemplo de um tal sistema de eletrodiálise redox assistida energeticamente eficaz é descrito mais abaixo.

[0046] O projeto de célula com quatro câmaras discutido acima em conexão com as Figuras 1A a 1B também pode ser adaptado para o uso como um dispositivo de armazenamento de energia (ou seja, uma bateria eletrodialítica). Quando a célula usa um pequeno número de pares de câmaras de salinização/dessalinização (por exemplo, um par), em que o desempenho é melhorado em relação à eletrodiálise tradicional, como mostrado na Figura 7B. Um número menor de pares de câmaras também é vantajoso para aplicações de armazenamento de energia, em que a densidade de corrente de operação preferida também é menor que aquela da eletrodiálise. A célula descrita acima é adaptada para armazenar energia com o uso de dois reagentes redox ativos diferentes como anólitos e católitos separados em vez de conduzir o mesmo composto entre o anodo e o catodo. Ao contrário dos projetos de células de três câmaras (por exemplo, Patente n° U.S. 9.340.436; 9.670.077; e 9.673.472, em que cada uma é incorporada no presente documento incorporada a título de referência), um projeto com quatro câmaras tem a capacidade para produzir continuamente água dessalinizada durante todo o funcionamento - em vez de apenas metade do tempo. Além disso, o projeto com quatro câmaras não sofre precipitação de sólidos

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16/50 insolúveis se o cruzamento ocorrer.

[0047] As modalidades da bateria eletrodialítica com quatro câmaras são mostradas nas Figuras 2A a 2B. A bateria de dessalinização é uma bateria de fluxo com múltiplas câmaras. A redução do anólito e a oxidação do católito durante um meio ciclo de carga move os íons de Na⁺ e Cl^- através de membranas seletivas de íons adequadas e dentro ou fora das câmaras intermediárias que retêm a água do mar. O processo inverso ocorre durante o meio ciclo de descarga. Em todos os pontos durante o ciclismo, uma das câmaras de água experimenta um influxo líquido de sal, enquanto a outra observa um efluxo líquido. A energia exigida para efetuar a dessalinização é simplesmente a diferença na entrada de potência durante o carregamento e a energia recuperada durante a descarga.

[0048] Na Figura 2A, é ilustrado o ciclo de carga de uma bateria com quatro câmaras com o uso de um par de reagentes carregados positivamente. A bateria inclui quatro câmaras 202, 204, 206 e 208, bem como três membranas 210, 212 e 214. Durante o ciclo de carga, a corrente de salinização 230 está na câmara 204 entre a câmara de anólito 202 e a câmara 206, que contém a corrente de dessalinização 232. A câmara de católito 208 é separada da câmara 206 e da corrente de dessalinização 232 por uma membrana de troca de ânions 214 enquanto a câmara de anólito 202 é separada da câmara 204 e da corrente de salinização 230 por outra membrana de troca de ânions 210. Conforme discutido acima, as membranas 210 e 214 podem não necessariamente compreender o mesmo material ou ter dimensões semelhantes. A câmara de salinização 204 é também separada da câmara de dessalinização 206 por uma membrana de troca de cátions 212. Durante o ciclo de carga, os íons de cloreto e sódio cruzam as membranas 210 e 212 para entrar na câmara 204 formando a corrente de salinização 230 enquanto cruzam as membranas 214 e 212 para deixar a câmara 206 formando a

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17/50 corrente de dessalinização 232.

[0049] A Figura 2B mostra a mesma bateria da Figura 2A durante um ciclo de descarga. Desse modo, são mostrados íons de cloreto e sódio que cruzam as membranas 210 e 212 para deixar a câmara 204 que forma a corrente de dessalinização 232 enquanto cruzam as membranas 214 e 212 para entrar na câmara 206 formando a corrente de salinização 230. De modo observável, se os reagentes fossem carregados negativamente, as membranas seriam revertidas: as membranas 210, 214 seriam membranas de troca de cátions e a membrana 212 seria uma membrana de troca de ânions. Conforme anteriormente mencionado, as membranas 210 e 214 podem não compreender necessariamente o mesmo material ou ter dimensões semelhantes quando forem membranas de troca de cátions. Nas modalidades mostradas, o anólito é zinco e o católito é BTMAP-Fc. No entanto, em outras modalidades, pode ser usado cloreto de (ferrocenilmetil)trimetilamônio (FcNCl) em vez de BTMAP-Fc para aumentar o potencial celular da bateria para cerca de 1,41 V.

[0050] Os anólitos e católitos não são restritos às modalidades descritas acima. O componente redox ativo do anólito e/ou católito pode ser uma solução aquosa de qualquer combinação dentre os seguintes, em um ou mais dos seus estados de oxidação, como os seus íons ou oxocátions ou oxoânions e/ou complexados com ligante (ou ligantes): titânio (III), titânio (IV), vanádio (II), vanádio (III), vanádio (IV), vanádio (V), cromo (II), cromo (III), cromo (VI), manganês (II), manganês (III), manganês (VI), manganês (VII), ferro (II), ferro (III), ferro (VI), cobalto (II), cobalto (III), níquel (II), cobre (I), cobre (II), zinco (II), rutênio (II), rutênio (III), estanho (II), estanho (IV), cério (III), cério (IV), tungstênio (IV), tungstênio (V), ósmio (II), ósmio (III), chumbo (II), zincato, aluminato, cloro, cloreto, bromo, brometo, tribrometo, iodo, iodeto, tri-iodeto, poli

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18/50 haleto, oxi-haleto de haleto, sulfureto, polissulfureto, oxiânion de enxofre, ferrocianeto, ferricianeto , um derivado de quinona, um derivado de aloxazina, um derivado de flavina, um derivado de viologeno, um derivado de ferroceno, qualquer outro derivado de metaloceno, um derivado de radical nitróxido, um derivado de N, N-dialquil-N-oxoamônio, um derivado de radical nitrila e nitróxido, e/ou polímeros que incorporam componentes complexados ou ligados covalentemente de qualquer uma dentre as espécies anteriormente mencionadas.

[0051] O anólito e o católito também podem incluir uma solução aquosa dos componentes de um tampão de pH que pode ou não ser redox ativo sob condições operacionais típicas. Em determinadas modalidades aquosas, o pH do anólito e do católito é ajustado ao pH do eletrólito nas câmaras centrais, que pode, por exemplo, ser quase neutro (pH 5 a 9) para dessalinização de água, ácido (pH 0 a 5) para o tratamento de águas residuais ácidas, ou alcalino (pH 9 a 14) para o tratamento de águas residuais alcalinas. Em algumas modalidades, pode ser vantajoso que o pH do anólito seja ligeiramente inferior às outras câmaras, tal como quando o anólito é zinco/cloreto de zinco. Em outras modalidades, o pH de cada um dentre os eletrólitos no sistema é substancialmente o mesmo dentro da célula eletroquímica. Ainda em outras modalidades, o anólito, o católito e a água têm, cada um, um pH entre e incluindo 3 a 10. Desse modo, a célula pode incluir um sistema de monitoramento e ajuste de pH para monitoramento e ajuste de pH periódicos e/ou contínuos.

[0052] Em outras modalidades, uma célula de bateria eletrodialítica, conforme descrito nas Figuras 2A a 2B, pode ser acoplada a um sistema de armazenamento de energia quando for projetada como uma bateria de fluxo. As baterias de fluxo são atraentes para o armazenamento da rede elétrica devido ao fato de permitirem que a capacidade de armaze

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19/50 namento de energia da bateria seja desacoplada da potência que a bateria pode distribuir. As baterias de fluxo aquosas podem ser integradas em um sistema de dessalinização eletroquímica devido ao fato de as mesmas compartilharem muitas exigências comuns de capital de dessalinização, como bombas, encanamentos e projetos de pilha de células, que podem ser explorados para realizar tanto a dessalinização quanto o armazenamento de energia. Em princípio, a incorporação do armazenamento de energia elétrica em uma bateria de dessalinização permitiria reduções adicionais no custo, facilitando a transferência de carga na rede elétrica, permitindo a arbitragem de eletricidade e/ou permitindo o adiamento de investimentos em infraestrutura de transmissão e distribuição. Uma bateria de dessalinização com alto potencial celular funcionaria como um dispositivo de armazenamento de energia viável. Usando-se os fluxos de receita que estão disponíveis para uma tecnologia de armazenamento de energia, o sistema pode custear os custos de dessalinização e, ao mesmo tempo, possibilitar uma maior adoção de renováveis.

[0053] Um exemplo de um sistema eletroquímico de dessalinização e salinização é ilustrado na Figura 3. A bateria de dessalinização eletroquímica descrita pode ser operada em modo descontínuo em determinadas modalidades ou em modo contínuo em outras modalidades. No modo em batelada, um volume de água a ser tratado é fornecido (por exemplo, empurrado) no sistema de dessalinização redox. Um potencial elétrico é aplicado aos eletrodos, e os íons são coletados nos dois eletrodos até que a concentração de sal na câmara de água de dessalinização caia abaixo de um limite definido (por exemplo, 5 partes por mil (ppt) ou 0,5 ppt). Então, a água é removida do sistema. Em um modo de fluxo contínuo, a água flui através do sistema e o tempo de permanência total para um volume de água em cada parte do sistema suficiente para atingir uma redução desejada na concentração de sal. Em

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20/50 determinadas modalidades, unidades separadas podem ser divididas em diferentes estágios e/ou componentes com eletrodos controlados independentemente para acomodar níveis decrescente de salinidade em cada etapa sucessiva durante um processo de dessalinização. Isso também pode acomodar níveis crescentes de salinidade em cada etapa sucessiva durante um processo de salinização.

[0054] Voltando-se para a Figura 3, um sistema de armazenamento de energia 300 inclui uma unidade de bateria de dessalinização eletroquímica (EDB) 320a. Um conjunto de comutadores elétricos (S1A, S1B, S2A, S2B, S3A, S3B) é fornecido dentro do sistema de armazenamento de energia 300 para fornecer uma conexão elétrica de configuração múltipla que conecta vários nós do sistema de armazenamento de energia 300 a uma unidade de fonte de alimentação PS (que pode ser CA ou CC de acordo com várias modalidades descritas no presente documento, independentemente de ser ou não indicado), uma rede elétrica (por exemplo elétrica) e/ou outros nós do sistema de armazenamento de energia 300, e quaisquer combinações dos mesmos. Conforme usado no presente documento, um “comutador elétrico” se refere a qualquer dispositivo que tenha a capacidade para alterar as conexões elétricas de um circuito. O conjunto de comutadores elétricos (S1A, S1B, S2A, S2B, S3A, S3B) constitui um dispositivo de controle do modo operacional que controla os modos operacionais do sistema de armazenamento de energia 300. Conforme usado no presente documento, um “dispositivo de controle de modo operacional” se refere a qualquer dispositivo que possa ser empregado para selecionar um modo operacional dentro de um dispositivo configurado para operar em dois ou mais modos operacionais alternativos. O dispositivo de controle do modo operacional é configurado para selecionar, entre outros, entre um modo de carga, descarga e eletrodiálise com base na presença ou ausência de demanda de potência de uma rede elétrica e/ou disponibilidade de

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21/50 potência externa fornecida por uma unidade de fonte de alimentação PS para funcionamento do sistema de armazenamento de energia 300. [0055] A unidade de EDB 320a inclui um anodo (318, 308) e um catodo (316, 302), que podem ser incorporados em várias configurações. O anodo (318, 308) tem a capacidade para aceitar e ter uma reação redox reversível com a barqueta redox dissolvida em água. O catodo (316, 304) tem a capacidade para aceitar e ter uma reação redox reversível com a barqueta redox dissolvida em água. O anodo (318, 308) inclui uma placa de eletrodo negativa 318 e uma câmara eletrolítica 308 para conter uma solução de eletrólito (isto é, anólito). O catodo (316, 302) inclui uma placa de eletrodo positiva 316 e uma câmara eletrolítica 302 para conter uma solução de eletrólito (isto é, católito). Em determinadas modalidades, um dentre ou tanto o catodo quanto o anodo incluem material de intercalação como um componente opcional para químicas de baterias que empregam intercalação. A célula com quatro câmaras opera quando o anólito e o católito têm o mesmo sinal de carga (ou seja, ambos estão positivamente carregados ou ambos estão negativamente carregados).

[0056] Duas câmaras eletrolíticas (por exemplo, água com sais dissolvidos, como cloreto de sódio) 304, 306 são fornecidas entre o anodo (318, 308) e o catodo (316, 302) e contêm solução (por exemplo, água) para ser salinizada e dessalinizada, respectivamente.

[0057] Em algumas modalidades, a distância de separação entre o anodo (318, 308) e o catodo (316, 302) diminui ao longo de uma direção do fluxo de água durante a operação. A dessalinização é conduzida por difusão iônica na unidade de EDB 320a. Quando a concentração de sal diminui na câmara de dessalinização, é preciso um esforço maior para que os íons atinjam os eletrodos (isto é, o anodo e o catodo), aumentando-se efetivamente a resistência das células. A redução da distância

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22/50 do eletrodo a uma taxa que mantém a resistência interna substancialmente constante resulta em um processo de dessalinização eficaz no uso de energia, bem como recarga eficaz de energia durante o processo de salinização. Em determinadas modalidades, a distância de separação entre o anodo (318, 308) e o catodo (316, 302) pode ser aproximadamente inversamente proporcional à concentração de íons conforme a água em tratamento passa através das câmaras de água 304, 306 ou no modo de carga ou no modo de descarga. Em modalidades alternativas, a distância de separação entre o anodo (318, 308) e o catodo (316, 302) permanece substancialmente constante, ou aumenta.

[0058] A placa de eletrodo negativa 318 e a placa de eletrodo positiva 316 incluem, cada uma, um material condutor sólido. Em um determinado EDB, as placas 318, 316 podem compreender o mesmo material condutor ou diferentes materiais condutores. Cada placa de eletrodo 318, 316 pode compreender um ou mais dentre os seguintes materiais sólidos: zinco, ferro, crómio, níquel, chumbo, titânio, cobre, estanho, prata, óxido de chumbo (IV), óxido de manganês (IV), de enxofre, azul da prússia, derivados do azul da prússia, análogos do metal de transição do azul da prússia, fibra de carbono, grafite, feltro de carbono, negro de carbono condutor como um sólido ou como uma suspensão aquosa, e outras formas condutoras de carbono. Se as placas de eletrodo 318, 316 forem porosas, podem ocupar uma parte da câmara de anólito 308 e da câmara de católito 302, através da qual o anólito e o católito são escoados. Alternativamente, uma ou ambas as placas de eletrodo 318, 316 podem ser construídas como um eletrodo de difusão de gás com gás hidrogênio ou oxigênio como reagente.

[0059] Uma primeira membrana de troca de íons 314 é disposta entre uma primeira câmara de água 306 e o anodo (318, 308). Em determinadas modalidades, a primeira membrana de troca de íons 314 é uma membrana de troca de ânions (AEM) que permite a passagem de ânions

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23/50 e não permite a passagem de cátions, ou pode ser uma membrana seletiva de valência negativa que permite a passagem de ânions de menor ou maior carga negativa, embora não permita a passagem de ânions de maior ou menor carga negativa ou íons positivos. Em uma modalidade, a primeira membrana 314 de troca de íons pode ser uma membrana semipermeável. Um exemplo de um material para a primeira membrana de troca de íons é NEOSEPTA AFX pela ASTOM Corporation (8 cm²). [0060] Uma segunda membrana de troca de íons 312 está disposta entre a primeira e a segunda câmaras de água 306, 304. Em determinadas modalidades (por exemplo, quando a primeira membrana de troca de íons for uma AEM), a segunda membrana de troca de íons 312 é uma membrana de troca de cátions (CEM) que permite a passagem de cátions e não permite a passagem de ânions, ou pode ser uma membrana seletiva de valência positivo que permite a passagem de cátions de menor ou maior carga positiva enquanto não permite a passagem de cátions de carga positiva maior ou menor ou íons negativos. Em uma modalidade, a segunda membrana de troca de íons 312 pode ser uma membrana semipermeável. Um exemplo de um material para a segunda membrana de troca de íons é Fumasep^TM FKE-50, por FuMA-Tech, GmbH, Alemanha (8 cm2).

[0061 ] Uma terceira membrana de troca de íons 310 é disposta entre a segunda câmara de água 304 e o catodo (316, 302). Em determinadas modalidades (por exemplo, quando a primeira membrana de troca de íons 314 for uma AEM), a terceira membrana 310 de troca de íons também é uma AEM. Nas modalidades em que a primeira membrana de troca de íons 314 é uma CEM, a terceira membrana de troca de íons 310 também é uma CEM. A primeira e a terceira membranas de troca de íons 314, 310 não são necessariamente constituídas pelos mesmos materiais e/ou dimensões dentro da unidade de EDB 320a.

[0062] A unidade de EDB 320a é uma célula eletroquímica usada

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24/50 para tratar a água, incluindo a dessalinização e a salinização. Tanto a câmara 304 quanto a câmara 306 recebem a água a ser tratada. Durante o ciclo de carregamento, a concentração de eletrólito (por exemplo, sal) na câmara 306 aumenta e a concentração de eletrólito na câmara 304 diminui. Desse modo, nessa modalidade, a câmara 306 é uma câmara de salinização e a câmara 304 é uma câmara de dessalinização. Conforme mostrado acima, é possível que essas câmaras se comutem quando a câmara 306 for a câmara de dessalinização e a câmara 304 for a câmara de salinização. No entanto, em todas as modalidades, as concentrações de eletrólito nas câmaras 304, 306 irão mudar em diferentes direções durante a operação.

[0063] A água a ser tratada nas câmaras 304, 306 pode incluir um ou mais eletrólitos que podem ser tratados. Por exemplo, o eletrólito nas câmaras 304, 306 pode ser qualquer combinação de sais iônicos solúveis em água, incluindo, porém sem limitação, as que se encontram na água do mar ou águas residuais. Exemplos de cátions que podem estar presentes no eletrólito incluem, porém sem limitação, hidrônio, lítio, sódio, potássio, magnésio, cálcio, alumínio, zinco e ferro. Exemplos de ânions que podem estar presentes no eletrólito incluem, porém sem limitação, cloreto, brometo, iodeto, oxiânions de haleto, oxiânions de enxofre, oxiânions de fosforo e oxiânions de nitrogênio. O sistema 300 é configurado para remover espécies iônicas dissolvidas, tais como as acima, da água com uma concentração de eletrólito até ao limite de solubilidade das espécies iônicas na câmara de dessalinização. Em determinadas modalidades, essa concentração de eletrólito pode exceder 60 partes por mil, e em outras modalidades, a concentração de eletrólito pode exceder 80 partes por mil. O sistema 300 é adicionalmente configurado para reduzir a concentração de eletrólito (por exemplo, salinidade) da água a ser tratada para cerca de 5 partes por mil, em modalidades adicionais, para cerca de 2 partes por mil, ou em ainda outras

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25/50 modalidades, para cerca de 0,5 partes por mil.

[0064] Conforme discutido acima, a unidade de EDB 320a pode operar como uma bateria de fluxo em que a água não processada é continuamente abastecida nas entradas, e a água processada é continuamente extraída das saídas. A unidade de EDB 320a, ou pilha de células, que inclui placas de fluxo, eletrodos, gaxetas e membranas, pode ter uma geometria planar (semelhante a células de combustível típicas), ou a pilha pode compreender sistemas tubulares semelhantes em razão a módulos de dessalinização por osmose reversa.

[0065] Em determinadas modalidades, um primeiro tanque de água 330 é conectado às câmaras de água 304, 306 através das respectivas portas 332, 334. O primeiro depósito de água 330 contém água do primeiro tipo W1 que tem um primeiro nível de salinidade (por exemplo, água do mar). A pressão do primeiro tipo de água W1 pode ser controlada por um primeiro controlador de pressão PC1, que pode aplicar pressão sobre o primeiro tipo de água W1. Alternativamente, as bombas de água (não mostradas) que empurram a água dos respectivos tanques de água para a unidade de EDB 320a a uma taxa de fluxo desejado podem ser empregados em vez do, ou além, controlador de pressão PC1. Durante o ciclo de carregamento, a concentração de eletrólito (por exemplo, sal) na câmara 306 aumenta e a concentração de eletrólito na câmara 304 diminui. Esses são emitidos da unidade de EDB 320a para uma unidade de comutação 340a através das portas 336, 338. Aqui, os comutadores S4A, S4B dirigem a água de saída através do sistema para o tanque de água 350, ou a água é descarregada através das respectivas portas 342, 344. Devido ao fato de a célula com quatro câmaras 320a gerar continuamente um fluxo de água dessalinizada, a unidade de comutação 340a controla as respectivas saídas de corrente salinizadas e dessalinizadas da unidade de EDB 320a. Por exemplo,

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26/50 antes do ciclo de descarga, o conteúdo das câmaras 304, 306 é substituído por nova entrada de água do tanque 330. Durante o ciclo de descarga, a concentração de eletrólitos em 306 diminui e a concentração de eletrólitos em 304 aumenta - o oposto do que ocorreu no semiciclo anterior. Por conseguinte, é necessário recolher alternadamente a água que passa através das câmaras 304, 306 e para dentro do tanque 350, alterando a cada meio ciclo.

[0066] Depois de passar através da unidade de comutação 340a, a água no segundo tanque 350 é uma água do segundo tipo W2, que é diferente da primeira água do tipo W1 (por exemplo, água com um nível diferente de salinidade). Por exemplo, quando a água dessalinizada for recolhida no segundo tanque 350, a água do segundo tipo pode ser água salobra (por exemplo, salinidade inferior a cerca de 10 partes por mil). Alternativamente, a água salgada pode ser recolhida no segundo tanque 350, de modo que W2 tenha uma maior salinidade que W1. Tal como com a água do primeiro tipo, a pressão da água do segundo tipo W2 pode ser controlada por um segundo controlador de pressão PC2, que pode aplicar pressão na água do segundo tipo W2 e/ou bombas de água podem ser empregadas. A água que é descarregada a partir da porta 344 ou da porta 342 pode ser descarregada a partir do sistema inteiramente ou preservada em outro tanque de armazenamento para o uso posterior.

[0067] O conjunto de comutadores elétricos também determina o modo operacional da unidade de EDB 320a. Um primeiro conjunto de comutadores elétricos (S1A, S1B) controla a conexão elétrica do anodo (318, 308) e do catodo (316, 302) do sistema de armazenamento de energia 300 para outros nós elétricos. Para maior clareza, o terminal negativo da unidade de EDB 320a é denominado doravante no presente documento “anodo” (318, 308) e o terminal positivo é denominado “catodo” (316, 302), independentemente de a unidade de EDB 320a operar

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27/50 no modo de carregamento ou descarregamento. Isto é em vista do fato de que ambos os eléctrodos de uma bateria, incluindo aqueles descritos no presente documento, poderem ser o anodo ou o catodo, dependendo da possibilidade de a bateria ser carregada ou descarregada.

[0068] Durante a operação no modo de carregamento, o primeiro conjunto de comutadores elétricos (S1A, S1B) pode conectar o anodo (318, 308) a um nó de tensão de saída negativa de uma unidade de fonte de alimentação CC, ou seja, a fonte de alimentação PS e pode conectar o catodo (316, 302) a um nó de tensão de saída positiva da unidade de fonte de alimentação CC, respectivamente. Conforme usado no presente documento, “unidade de fonte de alimentação CC” se refere a uma unidade de fonte de alimentação que fornece potência CC, isto é, energia de corrente contínua que não altera a polaridade em função do tempo. Os íons são liberados ou retirados do anodo e/ou anólito (318, 308) e do catodo e/ou católito (316, 302) para salinizar a água na câmara 306 e dessalinizar a água na câmara 304. A unidade de EDB 320a pode ser configurada para ter um potencial de célula de pelo menos 0,8 V ou, em determinadas modalidades, de pelo menos 1,25 V.

[0069] Durante a operação no modo de descarga, o primeiro conjunto de comutadores elétricos (S1A, S1B) pode conectar o anodo (318, 308) a um eletrodo negativo de uma carga elétrica, e pode conectar o catodo (316, 302) a um eletrodo positivo da carga elétrica, respectivamente. A unidade de EDB 320a dessaliniza a água na câmara 306 e saliniza a água na câmara 304 enquanto libera energia armazenada como potência de saída empregando-se o anodo (318, 308) como um eletrodo de saída negativa e o catodo (316, 302) como um eletrodo de saída positivo. Conforme usado no presente documento, “potência de saída CC” se refere à potência de saída fornecida na forma de corrente contínua, isto é, potência de saída que não altera a polaridade em função do tempo.

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28/50 [0070] A carga elétrica pode incluir a rede elétrica. Um segundo conjunto de comutadores (S2A, S2B) pode conectar o anodo (318, 308) e o catodo (316, 302) da unidade de EDB 320a a um inversor 390. O inversor 390 converte a saída CC da unidade de EDB 230a para uma saída de potência CA com uma amplitude correspondente (ou seja, a mesma amplitude que a amplitude da tensão CA da rede elétrica) e uma fase síncrona para alimentar a rede elétrica. Desse modo, a potência liberada da unidade de EDB 320a durante o modo de descarga pode ser transmitida para a rede elétrica através do primeiro e do segundo conjuntos de comutadores (S1A, S1B, S2A, S2B) e do inversor 390. O inversor 390 pode ser fornecido como parte do sistema de armazenamento de energia 300, ou pode ser fornecido externamente no lado da rede elétrica. Em uma modalidade, o segundo conjunto de comutadores (S2A, S2B) pode ser controlado por um monitor de carga de rede elétrica 392, que monitora a carga de potência total na rede elétrica, e conecta o segundo conjunto de comutadores (S2A, S2B) ao inversor 390 a, ou próximo da demanda de pico de potência na rede elétrica.

[0071] Em determinadas modalidades, o sistema de armazenamento de energia 300 inclui outras unidades de processamento de água opcionais 380. Por exemplo, o tanque 350 pode ser conectado a uma unidade adicional de processamento de água através das portas 352, 354. As outras unidades de processamento 380 podem incluir uma ou mais unidades de EDB adicionais, representadas pela pilha de células 320b. Cada unidade de EDB adicional 320b incluiria uma unidade de comutação correspondente representada pela unidade de comutação 340b. A uma ou mais unidades de EDB 320b e unidades de comutação 340b funcionariam conforme discutido acima para a unidade de EDB 320a e unidade de comutação 340a. Outras unidades opcionais podem incluir uma ou mais unidades de dessalinização, representadas por 360.

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29/50 [0072] A uma ou mais unidades de dessalinização 360 podem utilizar uma técnica de dessalinização que não seja uma bateria eletroquímica, como osmose reversa, desionização capacitiva, eletrodiálise e técnicas térmicas. Em uma modalidade, a unidade de dessalinização 360 pode executar um segundo ou mais processos de dessalinização ou salinização, dependendo do funcionamento da unidade de EDB 320a. Em outras modalidades, apesar de as unidades de dessalinização 360 estarem presentes no sistema 300, as mesmas nem sempre podem ser utilizadas mesmo que a unidade de EDB 320a esteja operacional.

[0073] As unidades de dessalinização 360 podem ter uma porta de água (denominada no presente documento terceira porta de água 362) que está ligada a água que tem uma maior contagem total de sólidos dissolvidos (TDS) (por exemplo, maior salinidade) e outra porta de água (denominada no presente documento quarta porta de água 364) que está ligada a água que tem uma contagem de TDS mais baixa. Por exemplo, a água que tem a maior contagem de TDS pode ser a água do segundo tipo W2 contida no tanque de água 350 ou água recebida de uma ou mais unidades de EDB opcionais 320b, e a água que tem a menor contagem de TDS pode ser uma água do terceiro tipo W3 contida dentro de um terceiro tanque de água 370. Por exemplo, a contagem de TDS da água do terceiro tipo W3 pode ser menor que cerca de 0,5 ppt, ou a um nível considerado de água potável, embora também possa ser empregada uma contagem de TDS mais elevada. A pressão da água do terceiro tipo W3 no terceiro tanque de água 370 pode ser regulada por um terceiro controlador de pressão PC3, o qual pode aplicar pressão sobre a água do terceiro tipo conforme necessário. Alternativamente, as bombas de água (não mostradas) que empurram a água dos respectivos tanques de água para uma ou mais unidades de dessalinização 360 a uma taxa de fluxo desejada podem ser empregadas em vez de, ou além de, controladores de pressão (PC2, PC3).

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30/50 [0074] Em determinadas modalidades, a direção do fluxo de água entre o segundo tanque de água 350 e o terceiro tanque de água 370 é selecionada dependendo da possibilidade de uma ou mais unidades de dessalinização 360 operem em um modo de salinização ou em um modo de dessalinização. As unidades de dessalinização 360 podem funcionar alternadamente em um modo de dessalinização em que os íons são removidos da entrada de água enquanto consomem potência fornecida para a unidade (ou unidades) 360, e em um modo de salinização em que os íons são introduzidos na entrada de água enquanto libera energia armazenada na unidade (ou unidades) 360.

[0075] Durante a operação de uma ou mais unidades de processamento de água opcionais 380, pelo menos uma fração da potência de saída gerada a partir da unidade de EDB 320a pode ser aplicada a essas unidades 380, se necessário para fornecer entrada de potência para a operação. O encaminhamento de uma fração da potência de saída gerada a partir da unidade de EDB 320a para as outras unidades de processamento de água 380 pode ser efetuada por um terceiro conjunto de comutadores eléctricos (S3A, S3B), que podem ser ligados em uma ligação paralela em relação à rede elétrica e ao segundo conjunto de comutadores elétricos (S2A, S2B). A entrada de potência necessária para operar as outras unidades 380 é tipicamente uma pequena fração da potência armazenada na unidade de EDB 320a quando um volume comparável de água passa através da unidade de EDB 320a e das unidades adicionais 380. Portanto, encaminhando-se uma fração da energia liberada da unidade de EDB 320a para as unidades adicionais opcionais 380 através do terceiro conjunto de comutadores (S3A, S3B), uma ou mais unidades de processamento de água 380 podem ser adequadamente alimentadas, e a potência adicional pode ser liberada da unidade de EDB 320a para a rede eléctrica durante um modo de descarga. [0076] Além disso, um dispositivo de controle de processo 385 pode

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31/50 controlar os modos operacionais dos vários componentes do sistema de armazenamento de energia 300. O dispositivo de controle de processo 385 pode incluir um dispositivo de controle de fluxo de água como um componente no mesmo. O dispositivo de controle de fluxo de água controla as pressões da água do primeiro tipo W1, da água do segundo tipo W2 e/ou da água do terceiro tipo W3 através do primeiro, segundo e/ou terceiros dispositivos de controle de pressão (PC1, PC2, PC3) ou através de bombas de água (não mostradas). O dispositivo de controle de fluxo de água pode ser configurado para induzir o fluxo de água em diferentes direções, conforme necessário, durante os modos de carga e descarga, bem como para outros processos de salinização/dessalinização.

[0077] Os resultados de desempenho preliminares para uma célula, conforme descrito acima com cloreto de zinco/zinco metálico como o anólito e cloreto de (trimetilamoniometil)ferroceno (FcNCl) como o católito, são fornecidos nas Figuras 4A a 4B. Na Figura 4A, é mostrado um alto potencial de célula nominal (por exemplo, cerca de 1,5 V) que permite uma alta eficiência de energia de ida e volta. A Figura 4B mostra salinidades respectivas para os fluxos de salinização e dessalinização como uma função do estado de carga da célula (SOC). Conforme pode ser observado, a extensa remoção de sal das soluções de água do mar é possível (por exemplo, 35 ppt a 1,4 ppt ou 96% de remoção de TDS). No entanto, uma taxa de remoção de 80% (por exemplo, 35 ppt a cerca de 7 ppt) é mais econômica. Mesmo salmouras hipersalinas (por exemplo, cerca de 100 ppt) que não podem ser tratadas com osmose reversa podem ser tratadas com a célula com quatro câmara.

[0078] Conforme discutido acima, a bateria eletrodialítica com quatro câmaras produz água dessalinizada durante os semiciclos de carga e descarga. A água dessalinizada pode atingir uma salinidade igual ou inferior a 0,5 ppt, mas essa conquista se dá à custa da menor eficácia

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32/50 energética de ida e volta. A redução na eficiência ocorre devido ao fato de que a resistência específica da área (ASR) da bateria aumenta drasticamente conforme o conteúdo de eletrólitos da corrente de dessalinização cai. No entanto, a célula com quatro câmaras poderia ser operada em um terceiro modo - como um eletrodialisador. Se o anólito, ou outro carreador redox, for circulado em torno das câmaras católito e anólito, uma célula, conforme descrito em ligação com as Figuras 1A a 1B, pode operar como um eletrodialisador durante os períodos em que a célula não precisa ser carregada ou descarregada. A água a uma salinidade intermediária (por exemplo, 10 ppt) produzida pelo dispositivo que opera em um modo de eletrodiálise poderia ser reintroduzida no sistema e adicionalmente dessalinizada para 1,2 ppt, ou até mesmo para ou abaixo de 0,5 ppt (isto é, potável). Os três modos de operação alternativos são descritos mais abaixo em conexão com as Figuras 5A a 5C.

[0079] A Figura 5A ilustra um modo de operação de descarga (isto é, um primeiro meio ciclo) de uma bateria eletrodialítica com quatro câmaras. Água, tal como a água do mar (por exemplo, salinidade de aproximadamente 35 ppt) é a entrada 400 para o sistema 410. O sistema produz eletricidade, que é enviada para/armazenada na rede 420, e um fluxo de água salgada 430 (por exemplo, salinidade aproximadamente 60 ppt), que é adicionalmente descartado ou processado. O sistema 410 também produz um fluxo de água dessalinizada que tem uma salinidade intermediária 440 (por exemplo, salinidade de aproximadamente 10 ppt), que é armazenada, por exemplo, em um tanque de retenção 450. [0080] A Figura 5B ilustra o segundo meio ciclo, um modo de carga da bateria eletrodialítica de quatro camadas da Figura 5A. A água, tal como a água do mar (por exemplo, salinidade de aproximadamente 35 ppt) é a entrada 400 juntamente com a eletricidade da rede 420 para o sistema 410. O sistema produz um fluxo de água salgada 430 (por

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33/50 exemplo, salinidade aproximadamente 60 ppt), que é descartado ou adicionalmente processado. O sistema 410 também produz um fluxo de água dessalinizada que tem uma salinidade intermediária 440 (por exemplo, salinidade de aproximadamente 10 ppt), que é armazenada, por exemplo, em um tanque de retenção 450. Os modos de carga e descarga de células utilizam dois materiais redox ativos, conforme discutido acima em relação às Figuras 2A a 2B. Um sistema que opera nos modos de carga e descarga também pode, opcionalmente, ser operado em um modo de eletrodialisador sem muita despesa adicional.

[0081] A Figura 5C ilustra um terceiro modo de operação de eletrodiálise da célula eletrodialítica com quatro câmaras das Figuras 5A a 5B que é utilizado quando a célula não está no modo de carga ou descarga. A operação celular difere, no entanto, em que no modo de eletrodiálise, apenas um material redox ativo é transportado, semelhante ao discutido em conexão com as Figuras 1A a 1B. Desse modo, embora uma célula configurada para operar nos modos de carga e descarga pode ser facilmente modificada para um modo de eletrodiálise, o oposto é mais complicado e dispendioso devido a pelo menos um grande aumento na quantidade de materiais.

[0082] No modo de eletrodiálise, a água do tanque de retenção 450 que tem uma salinidade intermediária 440 (por exemplo, salinidade de aproximadamente 10 ppt) é inserida juntamente com a eletricidade da rede 420 no sistema 410. A entrada de água pode ser a saída dessalinizada de um dentre ou tanto o modo de carga quanto de descarga descritos acima. O sistema produz uma corrente de água salinizada 400 (por exemplo, salinidade de aproximadamente 35 ppt) semelhante à água de entrada para os modos de carga/descarga, que é descartada e/ou reciclada. O sistema 410 também produz um fluxo de água dessalinizada que tem uma salinidade ainda mais baixa 460 (por exemplo, salinidade de aproximadamente 0,5 ppt). Por exemplo, o fluxo de saída

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34/50 dessalinizado do modo de eletrodiálise pode ser potável e fornecido aos consumidores como água doce. De modo observável, o modo de eletrodiálise não armazena energia.

[0083] Em cada modo, a água de alimentação é continuamente dividida em fluxos de salinização e dessalinização. As salinidades das várias soluções de alimentação, salinização e dessalinização podem ser independentemente variadas com base na taxa de fluxo, na densidade de corrente de operação e em muitos outros fatores em várias modalidades. Em outras modalidades, a bateria eletrodialítica pode produzir água dessalinizada a ou abaixo de 0,5 ppt durante os modos de carga e/ou descarga. Os modos descritos acima permitem que a bateria eletrodialítica produza água doce com o uso de hardware existente e mitigue e/ou remova a necessidade de um sistema de dessalinização secundário separado (por exemplo, um sistema secundário de osmose reversa).

[0084] O modo de eletrodiálise da Figura 5C pode ser utilizado em várias outras modalidades. A célula também pode regenerar uma solução aquosa concentrada de um soluto (isto é, um dessecante líquido) que, quando dissolvido em água a uma concentração suficientemente elevada, tem a capacidade para remover água de um material diferente com o qual a solução está em contato. Por exemplo, tal célula com quatro câmaras em vários sistemas pode ser aplicada a vários processos que envolvem desidratação e/ou dessecamento que inclui, porém sem limitação, tintas aquosas de jato de tinta, líquidos não aquosos que contêm água dissolvida e materiais sólidos que contêm água. Exemplos de modalidades podem ser direcionados a várias funções de remoção de água, incluindo desumidificação de ar, concentração de líquidos aquosos, secagem de líquidos não aquosos e desidratação de sólidos.

[0085] Um exemplo de forma de realização direcionada ao condicionamento de ar é descrito adicionalmente em conexão com a Figura

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5D. Dessecantes líquidos têm sido explorados para o condicionamento de ar energeticamente eficaz do ar de ambientes internos. Para produzir ar de ambiente interno a uma temperatura e umidade confortáveis (por exemplo, conforme definido pela Sociedade Americana de Engenheiros de Aquecimento, Refrigeração e Ar Condicionado), os condicionadores de ar podem precisar resfriar o ar de admissão a fim de reduzir a umidade a níveis aceitáveis. O ar sobreaquecido é reaquecido até a temperatura desejada com o uso de energia extra no processo duplicado.

[0086] Alternativamente, uma menor quantidade de resfriamento do ar de admissão pode ser combinada com um processo de desumidificação diferente para produzir ar condicionado. Uma abordagem usa o condicionamento de ar de dessecante líquido para obter a desumidificação. Por exemplo, a água é absorvida, em algum momento através de uma membrana, em um meio dessecante líquido que tem uma alta afinidade a vapor d'água. Exemplos de tais dessecantes líquidos incluem soluções aquosas concentradas de sais iônicos, tais como cloreto de cálcio, cloreto de lítio e brometo de lítio. Após o dessecante absorver o vapor d'água do ar, o dessecante é mais diluído que antes da absorção e deve ser reconcentrado (isto é, regenerado) até a concentração original, removendo-se a água extra que é absorvida do ar de admissão, para ser novamente usado.

[0087] Embora algumas abordagens evaporem o excesso de água aquecendo-se a solução diluída, essas abordagens são ineficazes devido à taxa de evaporação diminuir conforme o teor de sal da solução e a umidade relativa aumentam. Além disso, o dessecante líquido precisaria, então, ser resfriado antes de iniciar um novo processo para evitar o aquecimento indesejável do ar que está é condicionado. Conforme discutido acima em relação às Figuras 1A a 1B, a célula com quatro câmaras no presente documento descrita realiza eletrodiálise energeti

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36/50 camente eficaz em um processo não térmico. A célula com quatro câmaras que opera em um modo de eletrodiálise pode reconcentrar uma solução de dessecante líquida diluída separando-se uma corrente de dessecante líquida concentrada da água absorvida do ar de admissão. [0088] A Figura 5D ilustra um sistema que incorpora uma célula com quatro câmaras em um processo de desumidificação. Um módulo de desumidificação 470 recebe ar de entrada 474 (por exemplo, ar a ser arrefecido) e expõe o ar de entrada 474 a um dessecante líquido que tem uma primeira concentração (por exemplo, 40% de cloreto de lítio) 472. O dessecante líquido 472 remove o vapor d'água do ar de entrada para desumidificar o ar. O ar desumidificado é, então, arrefecido e/ou adicionalmente processado e emitido a partir do módulo 470. Após a desumidificação do ar, o dessecante líquido absorve o vapor d'água do ar, dessa forma, diluindo-se o dessecante líquido a uma segunda concentração (por exemplo, 35% de cloreto de lítio) 476. O dessecante líquido diluído 476 é, então, introduzido 478 em um sistema 410 que inclui uma célula com quatro câmaras, conforme descrito acima em conexão com a Figura 3. Por exemplo, o módulo de desumidificação 470 substituiria o primeiro depósito de água 330 e a entrada 478 substituiria as portas 332, 334. O dessecante líquido diluído 476 seria introduzido nas câmaras 304, 306 para tratamento.

[0089] A célula com quatro câmaras é, então, usada para reconcentrar o dessecante líquido, que é tipicamente uma solução concentrada de sais inorgânicos (por exemplo, cloreto de lítio). Em determinadas modalidades, para reduzir as perdas através da passagem de água da corrente de dessalinização para a corrente de salinização, o sistema 410 pode incluir uma ou mais células com quatro câmaras adicionais diferentes (por exemplo, representadas pela pilha de células 320b) nas quais a salinidade é diminuída em várias etapas para um nível desejado. As modalidades direcionadas à regeneração de um dessecante líquido

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37/50 utilizam uma única barqueta redox para eficiência energética. Em algumas modalidades, a barqueta redox também pode incluir alguma quantidade de sal inorgânico dissolvido que atua como um eletrólito de suporte enquanto mantém todas as quatro câmaras da pilha de células 320b osmoticamente equilibradas. Em determinadas modalidades, o sal inorgânico dissolvido é o mesmo material que o dessecante líquido a ser regenerado. Semelhante às modalidades discutidas acima, o sistema pode operar com excesso de potencial insignificante. A barqueta redox única também é operada em uma concentração que reduz e/ou minimiza o cruzamento de água líquida para ou ambos os fluxos de salinização e dessalinização. Um exemplo de barqueta redox é o BTMAPFc, discutido acima, pois tem uma solubilidade muito alta na água que pode ser proximamente correspondente ou correspondente às concentrações das correntes dessecantes (por exemplo, até cerca de 1,9 molar ou aproximadamente 10 mol), ou pode permanecer dissolvido em soluções que contêm uma grande concentração de sal inorgânico dissolvido que atua como um eletrólito de suporte enquanto mantém todas as quatro câmaras da pilha de células 320b osmoticamente equilibradas.

[0090] O sistema 410 produz uma corrente de dessecante líquida regenerada 472 (por exemplo, uma corrente de salinização) que tem aproximadamente a mesma concentração, ou a mesma, que a primeira concentração (por exemplo, 40% de cloreto de lítio). Essa corrente é, então, devolvida ao módulo de desumidificação 470. Semelhante à Figura 5C, o sistema 410 também produz um fluxo de dessalinização 480. A corrente de dessalinização incluirá adicionalmente pelo menos uma pequena quantidade de sal dissolvido que pode ser descarregada como resíduo. Alternativamente, a corrente de dessalinização 480 pode ser reutilizada como água cinzenta se o sal for barato o suficiente para descartar, incorrendo, dessa forma, em um custo operacional. Em outras modalidades, a corrente de dessalinização 480 pode ser reconcentrada

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38/50 com o uso de técnicas diferentes da eletrodiálise, tal como pervaporação de membrana, e alimentada de novo em um estágio de processamento intermediário do sistema 410. Em modalidades de HVAC, a reconcentração pode ser realizada com o uso de um método de evaporação para permitir o resfriamento sensível adicional quando integrado em um sistema HVAC completo. Conforme discutido acima, o processo de desumidificação, que inclui a regeneração do dessecante líquido, é realizado a um baixo consumo específico de energia através da incorporação da célula de dessalinização com quatro câmaras.

[0091] Em resumo, a célula de dessalinização de quatro (ou mais) câmaras descrita acima pode usar uma espécie redox ativa que é circulada em torno do anodo e catodo, em que é submetida a reações faradaicas em ambos os eléctrodos, ou duas espécies redox ativas que são, cada uma, confinadas ao anodo ou ao catodo, respectivamente. Várias modalidades que utilizam tal célula podem realizar eletrodiálise em baixo consumo específico de energia, produzir continuamente água dessalinizada e salinizada opcionalmente acoplada a armazenamento de energia eléctrica, independentemente de ser durante a carga ou descarga de meio ciclo, e pode permitir que um dispositivo que acopla a dessalinização de água e armazenamento de energia seja operado de modo reversível em um modo que pode realizar eletrodiálise com baixo consumo específico de energia.

[0092] As características acima descritas são discutidas em maiores detalhes com relação aos seguintes exemplos.

EXEMPLO 1 [0093] Um sistema de eletrodiálise redox assistida energeticamente eficaz foi construído de acordo com aquele mostrado na Figura 1B. O anodo e o catodo consistiram em três folhas de papel de fibra de carbono poroso (SGL 39AA) prensadas em blocos de grafite pirovedados com canais de fluxo em serpentina (Entegris) e separadas das câmaras

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39/50 de dessalinização/salinização centrais por gaxetas Viton. A membrana de troca de ânions foi Fumasep FAS-15 e as membranas de comutação catalítica foram Nafion 212.

[0094] Quando uma solução de 0,1 M de Na3Fe(CN)6, 0,1 M de Na4Fe(CN)6 e 1% de NaCl (50 ml) tiver fluido pelo anodo/catodo e 0,6 M de NaCl estiver tanto na câmara de salinização quanto de dessalinização (50 ml cada), a ASR do sistema de alta frequência foi medida a 11,5 Ω · cm² e a ASR de polarização foi de 13,7 Ω · cm². A Figura 6A mostra a relação entre o potencial aplicado e a densidade de corrente resultante 602 (pontos quadrados, eixo geométrico esquerdo), bem como a ASR de polarização do sistema em função da densidade de corrente 604 (pontos redondos, eixo geométrico direito). A Figura 6B mostra a relação entre o consumo específico de energia do sistema em função da densidade de corrente (ou taxa de transporte de NaCl). Os respectivos pontos de dados experimentais são mostrados como quadrados. A densidade de corrente é diretamente proporcional à taxa de transporte de sal. Dependendo de como a célula é operada, o consumo específico de energia é menor que aquele de eletrodiálise convencional em densidades de corrente abaixo de 80 mA/cm2 e menor que aquele de osmose reversa abaixo de 20 mA/cm2, embora o consumo de energia específica para osmose reversa aumentará acentuadamente com o aumento da salinidade de admissão.

[0095] Se necessário, a célula pode produzir volumes maiores de dessalinização com um consumo específico de energia mais alto. Melhorias no consumo específico de energia da célula são esperados como resultado da redução da ASR. Com esse sistema, a produção direta de água em uma salinidade bebível (por exemplo, <0,5 ppt de NaCl) é possível em um único estágio da água do mar (por exemplo, 35 ppt de NaCl). Uma voltagem constante de 0,5 V foi aplicada à célula, fazendo

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40/50 com que a água na câmara de salinização aumentasse em concentração de sal e a água na câmara de dessalinização diminuísse em concentração de sal. A concentração de sal pode ser diminuída para uma concentração limite de salinidade bebível ou abaixo da mesma. A evolução da concentração de sal da água nas câmaras de salinização e dessalinização é mostrada na Figura 6C como uma função de carga passada e na Figura 6D como uma função de tempo. Na conclusão do experimento, a água na câmara de dessalinização tinha uma concentração de NaCl de 0,3 ppt, bem abaixo do limite para a salinidade bebível.

[0096] Para comparar a célula redox assistida com a eletrodiálise convencional, o consumo específico de energia foi modelado para um processo de eletrodiálise convencional executado na mesma célula descrita acima. A Figura 7A mostra o potencial de operação resultante em linhas contínuas e consumo específico de energia em linhas tracejadas para os respectivos sistemas de eletrodiálise convencionais e redox assistidos na pilha de células. Espera-se que a ASR da célula seja semelhante entre a eletrodiálise convencional e a redox assistida devido ao fato de que a ASR é dominada pela resistência de membrana, pela condutividade iônica dos eletrólitos nas câmaras intermediárias e pelo espaçamento entre membranas. Em geral, a contribuição do potencial adicional para o consumo específico de energia para a eletrodiálise convencional pode ser reduzida por um fator de n para cada n pares de câmaras de salinização/dessalinização entre cada anodo e catodo. Mas nunca pode ser levado a zero. A Figura 7B fornece uma comparação do consumo específico de energia relativo de eletrodiálise redox assistida e convencional para uma célula que tem um par de câmaras de salinização/dessalinização e vinte e cinco pares de câmaras por anodo e catodo. Em determinadas modalidades, tais como a pilha de células des

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41/50 crita nesse exemplo, n = 1, mas n = 25 é típico na eletrodiálise convencional.

EXEMPLO 2 [0097] Em uma outra modalidade, o BTMAP-Fc foi empregado no lugar de Fe(CN) como a barqueta redox. Espera-se que o uso de BTMAP-Fc evite a formação de sólidos insolúveis que serão formados a partir da reação de Fe(CN) com determinados íons metálicos. Um segundo sistema de eletrodiálise redox assistida energeticamente eficaz foi construído de acordo com aquele mostrado na Figura 1B. O anodo e o catodo consistiram em três folhas de papel de fibra de carbono poroso (SGL 39AA) prensadas em blocos de grafite pirovedados com canais de fluxo em serpentina (Entegris) e separadas das câmaras de dessalinização/salinização centrais por gaxetas Viton. As membranas de troca de ânions foram Fumasep FAS-30 e a membrana de troca catalítica foi Fumasep E630.

[0098] Quando uma solução que compreende 0,05 M de BTMAPFc, 0,05 MBTMAP-Fc⁺ e 1% de NaCl (50 ml) tiver passado pelo anodo/catodo e 0,6 M de NaCl estiver tanto na câmara de salinização quanto de dessalinização (50 ml cada), a ASR do sistema de alta frequência foi medida a 17,9 Ω · cm², e a polarização de ASR foi de 26,0 Ω · cm2. a Figura 14A mostra a relação entre o potencial aplicado e a densidade de corrente resultante 1402 (pontos quadrados, eixo geométrico esquerdo), bem como a ASR de polarização do sistema em função da densidade de corrente 1404 (pontos redondos, eixo geométrico direito). A Figura 14B mostra a relação entre o consumo específico de energia do sistema em função da densidade de corrente (ou taxa de transporte de NaCl). Os respectivos pontos de dados experimentais são mostrados como quadrados. A densidade de corrente é diretamente proporcional à taxa de transporte de sal. Dependendo de como a célula é operada, o consumo específico de energia é menor que aquele de

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42/50 eletrodiálise convencional em densidades de corrente abaixo de 40 mA/cm² e menor que aquele de osmose reversa abaixo de 10 mA/cm², embora o consumo de energia específica para osmose reversa aumentará acentuadamente com o aumento da salinidade de admissão. Se necessário, a célula pode produzir volumes maiores de dessalinização com um consumo específico de energia mais alto. Melhorias no consumo específico de energia da célula são esperados como resultado da redução da ASR. Com esse sistema, a produção direta de água em uma salinidade bebível (<0,5 ppt de NaCl) é possível em um único estágio da água do mar (por exemplo, 35 ppt de NaCl). Uma voltagem constante de 0,5 V foi aplicada à célula, fazendo com que a água na câmara de salinização aumentasse em concentração de sal e a água na câmara de dessalinização diminuísse em concentração de sal. A evolução da concentração de sal da água nas câmaras de salinização e dessalinização é mostrada na Figura 14C como uma função de carga passada e na Figura 14D como uma função de tempo. Na conclusão do experimento, a água na câmara de dessalinização tinha uma concentração de NaCl de 0,3 ppt, bem abaixo do limite para a salinidade bebível.

[0099] Em ainda outra modalidade, vários estágios de dessalinização podem ser realizados, em que o reagente redox ativo, opcionalmente com um eletrólito de suporte que compreende o sal na salinização/dessalinização, é empregado em uma concentração adequada em relação à concentração de sal na salinização/dessalinização para minimizar o transporte de água em cada fase. Isso reduz ou minimiza as ineficácias energéticas resultantes do transporte de água das câmaras de salinização/dessalinização para ou das câmaras de anólito/católito. EXEMPLO 3 [0100] Para determinar que a combinação de tamanho de célula e densidade de corrente (e consequentemente saída de água) tem o sentido mais econômico para uma determinada capacidade de bateria, em

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43/50 que um modelo de custo ascendente sofisticado foi construído para uma bateria de Zn|FcNCl consistente com o projeto das Figuras 2A a 2B, com o valor de ASR de polarização obtido de modo experimental relatado no exemplo acima como uma entrada. Um sistema de 1 MW, 12 MWh (distribuído) teria a capacidade para produzir 2.000 m³ de água salobra por dia a uma salinidade de cerca de 10 ppt a uma densidade de corrente otimizada de 17,5 mA/cm². As várias medidas de desempenho desse sistema de baterias eletrodialíticas são mostradas nas Figuras 8A a 8D. A Figura 8A mostra os custos e receitas de sistema para a bateria eletrodialítica com quatro câmaras com o uso da precificação conservadora descrita. De curto prazo (por exemplo, presente), de médio prazo (por exemplo, 5 anos) e de longo prazo (por 10 anos) se referem às projeções de preço para os vários componentes da pilha de células. A Figura 8B ilustra o desempenho de eficiência energética de ida e volta que inclui perdas de derivação e bombeamento estimadas, enquanto a Figura 8C mostra o valor líquido do sistema (ou seja, receitas menos custos do sistema) para o curto, médio e longo prazo. Além disso, a Figura 8D fornece o tempo de equilíbrio projetado, que diminui ao longo da vida útil do sistema. Conforme pode ser observado, a eficiência energética de ida e volta correspondente é de 55% e o consumo específico de energia total para a dessalinização é 0,196 kWh/kg de NaCl (ou de 4,91 kWh/m³ de 10 ppt de dessalinização produzida).

[0101] O tempo mínimo de equilíbrio seria de 7,4 anos a uma taxa interna de retorno (TIR) de 13,5%, presumindo-se um preço conservativo de US$ 0,04/kWh para eletricidade, US$ 0,81/m³ de água totalmente dessalinizada, e $0,17/m³ como o custo adicional para tratar a emissão de água salobra. O alvo de custo do Departamento de Energia para armazenar energia (US$ 150 kWh) é considerado como uma primeira aproximação para o “valor” do armazenamento de energia.

[0102] No entanto, o caso econômico se torna ainda mais atraente

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44/50 em partes áridas do mundo em que a energia está prontamente disponível na forma de insolação ou combustíveis fósseis solares, e há alta demanda por água doce. Esses lugares incluem a Arábia Saudita e outros países ao redor do Golfo Pérsico. Nessas áreas, o preço de água doce é maior, cerca de US$ 1,35/m³, que reflete um aumento da procura e maior dificuldade na dessalinização das águas altamente salinas do Golfo, que é tipicamente de cerca de 45 ppt (em comparação com 35 ppm para água do mar típica). Além disso, os preços mais baixos de cerca de US$ 0,02/kWh para eletricidade de entrada são possíveis para tal região do mundo. Os custos de sistema, receitas e medidas de desempenho relevantes comparáveis são mostrados nas Figuras 9A a 9D. [0103] A curto prazo (por exemplo, presente), a médio prazo (por exemplo, 5 anos) e a longo prazo (por 10 anos) se referem novamente às projeções de preço para os vários componentes da pilha de células. A Figura 9A mostra os custos e as receitas do sistema para a bateria eletrodialítica com quatro câmaras descrita acima, com o uso de preços optimistas, mas viáveis para a área do Golfo Pérsico. A Figura 9B ilustra o desempenho de eficiência energética de ida e volta que inclui perdas de derivação e bombeamento estimadas, enquanto a Figura 9C mostra o valor líquido do sistema (ou seja, receitas menos custos do sistema) para o curto, médio e longo prazo. Além disso, a Figura 9D fornece o tempo de equilíbrio projetado, que diminui ao longo da vida útil do sistema. Nessa situação, recalculada para outro sistema de 1 MW, 12 MWh, a densidade de corrente ideal seria de 25 mA/cm² com uma eficácia energética de ida e volta de 42%, produzindo-se 1.600 m³/dia de dessalinização a 10 ppt. O consumo específico de energia é projetado para ser de 0,293 kWh/kg de NaCl removido, ou 10,26 kWh/m³ de dessalinização produzida. O tempo mínimo de equilíbrio seria de 4,6 anos a uma TIR de 21,7%.

[0104] Em qualquer situação, uma decomposição dos custos dos

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45/50 componentes, conforme mostrado na Figura 10, mostra que o custo é dominado pelas várias membranas seletivas de íons na célula. A TIR em ambas as situações é fortemente dependente da ASR de polarização da pilha de células, que tem como base o presente documento em um resultado experimental não otimizado. Outras melhorias para a ASR podem ser feitas refinando-se o projeto da célula para reduzir e/ou minimizar a separação entre membranas, que atualmente representa o maior volume da ASR do sistema. Visto que as despesas operacionais são amplamente dependentes do tempo de vida das várias membranas, podem ser empregados ligantes e/ou tratamentos de superfície. Por exemplo, o cruzamento de íons Zn²⁺ através de uma AEM e em uma câmara de água do mar pode causar perda de anólito. Visto que o zinco é barato e facilmente removido a jusante, alguns cruzamentos de membrana podem ser tolerados com adições periódicas de zinco para reequilíbrio. No entanto, se a taxa de cruzamento medida for inaceitavelmente alta (isto é, muito dispendiosa), podem ser adicionados ligantes e/ou tratamentos de superfície às membranas (também no lado do católito) para reduzir o cruzamento. Com base nessa análise, espera-se que a vida útil do sistema seja equivalente àquela de eletrodiálise convencional (por exemplo, cerca de dez anos) ou mais, visto que as membranas não estão expostas a pH extremo devido à divisão da água ou à evolução do cloro. O uso de tais baterias de fluxo de dessalinização eletroquímicas é adicionalmente descrito abaixo.

[0105] A Figura 11 ilustra um exemplo de método para usar uma bateria de fluxo de dessalinização eletroquímica com quatro câmaras, conforme descrito acima, em um sistema de armazenamento de energia. Mais especificamente, o dispositivo opera como uma bateria de fluxo de dessalinização para armazenar eletricidade e dessalinizar água em um ciclo alternado. Visto que os ciclos se alternam, o ciclo de carga ou o ciclo de descarga pode ser considerado “primeiro”. No exemplo da

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Figura 11, a bateria é descarregada para gerar uma saída salina, uma saída dessalinizada e armazenar energia 1102 em um primeiro meio ciclo. No segundo meio ciclo, a bateria eletroquímica é carregada para gerar uma saída salina e uma emissão dessalinizada 1104. Em determinadas modalidades, a energia usada para realizar o ciclo de carga pode vir de um recurso renovável, como energia solar ou eólica. A bateria de fluxo pode ser operada com uma única espécie ativa redox circulada ao redor do anodo e o catodo submetido a reações faradaicas em ambos os eletrodos ou com duas espécies redox ativas, uma em cada eletrodo.

[0106] O método da Figura 11 é adicionalmente descrito abaixo. Em um meio ciclo de descarga, uma unidade de bateria de dessalinização eletroquímica é fornecida. A unidade de bateria compreende pelo menos um par de reservatórios de água, em que cada um desses compreende uma entrada e uma saída. Água (por exemplo, água do mar com uma salinidade de cerca de 35 ppt) é inserida nos dois reservatórios de água. Durante o modo de descarga, a água no primeiro reservatório diminui em salinidade abaixo de uma concentração limite (por exemplo, cerca de 10 ppt, ou em outras modalidades cerca de 0,5 ppt), e a água no segundo reservatório aumenta em salinidade (por exemplo, para cerca de 60 ppt). Pelo menos um anodo compreende uma primeira solução de um primeiro material eletrolítico e é configurado para aceitar e ter uma reação redox reversível com pelo menos um íon redox ativo na água do primeiro reservatório, e pelo menos um catodo que compreende uma segunda solução de um segundo material eletrolítico e é configurado para aceitar, e ter, uma reação redox reversível com pelo menos um íon redox ativo na água do segundo reservatório. O par de reservatórios de água é separado por um primeiro tipo de membrana de troca (por exemplo, AEM). Um segundo tipo de membrana de troca, di

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47/50 ferente da primeira (por exemplo, CEM), está disposto entre o pelo menos um anodo e o primeiro reservatório de água e também disposto entre o pelo menos um catodo e o segundo reservatório de água. Durante a descarga, a água a ser tratada (por exemplo, água do mar) é transportada para/através do primeiro e do segundo reservatórios de água. A água dessalinizada do primeiro reservatório de água é economizada, por exemplo, em um tanque de retenção, enquanto a água salgada gerada no segundo reservatório é removida/descarregada do sistema. Alternativamente, o fluxo de salinização poderia ser economizado, por exemplo, em outro tanque de retenção, para o tratamento ou uso posterior. A eletricidade também é gerada e armazenada em uma rede elétrica. A água dessalinizada pode, então, opcionalmente, ser alimentada em uma ou mais unidades adicionais de bateria de dessalinização eletroquímica que tem um desenho semelhante e/ou um ou mais sistemas de dessalinização adicionais, que usam um processo de tratamento de água que não seja uma bateria eletroquímica. As baterias de dessalinização e/ou sistemas de dessalinização adicionais podem ser fornecidas em série, em qualquer ordem e combinação. A saída de água do sistema pode ser potável, em que tem uma salinidade, por exemplo, igual ou menor que 0,5 partes por mil.

[0107] Antes que o outro meio ciclo seja executado, aqui um meio ciclo de carga, os conteúdos do primeiro par de reservatórios de água são substituídos por nova água a ser tratada (por exemplo, nova água do mar). Durante o ciclo de carga, a salinidade do segundo reservatório de água diminui e a salinidade do primeiro reservatório de água aumenta (os reservatórios trocam de papéis durante os semiciclos opostos). Portanto, é necessário coletar alternadamente a água que passa pelos respectivos reservatórios de água. Por exemplo, durante o modo de carga, a água dessalinizada é coletada e armazenada a partir do

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48/50 segundo reservatório de água e a saída do fluxo de salinização do primeiro reservatório é descarregada. Durante os modos de carga, descarga e eletrodiálise, a bateria de dessalinização produz água dessalinizada.

[0108] Visto que a bateria de dessalinização tem a capacidade para armazenar energia e dessalinizar, e o processo de dessalinização é acoplado ao armazenamento de energia, o carregamento, descarregamento e/ou o ociosidade da bateria podem ser realizados em diferentes taxas e durações. Essa variação pode aumentar ou maximizar a quantidade de energia elétrica armazenada e distribuída, o fluxo de salinização e/ou dessalinização da água e/ou a receita total do sistema. Essa versatilidade na utilização não é obtenível com sistemas que têm a capacidade para uma dessalinização ou armazenamento de energia.

[0109] Quando o sistema acima envolver uma única espécie redox ativa e não estiver carregando ou descarregando, o mesmo pode ser operado em um terceiro modo de eletrodiálise para gerar uma saída salina e uma saída dessalinizada, conforme mostrado na Figura 12. Por exemplo, o sistema pode receber água salobra a uma salinidade intermediária (por exemplo, cerca de 10 ppt) como uma entrada para a célula 1202. Operar a célula, conforme descrito em relação com as Figuras 1A a 1B, fornece uma saída de pelo menos uma corrente de salinização em uma salinidade acima da entrada de água e pelo menos uma corrente de dessalinização a uma salinidade inferior àquela da água de entrada, tal como água potável (por exemplo, água com TDS igual ou menor que 0,5 ppt) 1204.

[0110] Outras modalidades que utilizam o sistema descrito acima em ligação com as Figuras 11 e 12 são direcionados a aplicações de HVAC, tais como desumidificação para ar condicionado, e são descritas na Figura 13. Antes de ser inserido no sistema de dessalinização, um dessecante líquido é usado para remover a água (por exemplo, vapor

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49/50 d'água) do ar 1302. O dessecante líquido diluído entra em um sistema, conforme descrito acima e inclui uma célula de dessalinização com quatro câmaras 1304. Tratar o líquido dessecante de entrada (por exemplo, em vez de água do mar) gera uma corrente de salinização do dessecante líquido regenerado (por exemplo, na ou próxima da concentração usada no processo de desumidificação) e uma corrente de dessalinização 1306. O sistema pode ser usado dessa maneira em várias modalidades que envolvem soluções não aquosas para separação em fluxos de salinização e dessalinização.

[0111] Em determinadas modalidades, a bateria de dessalinização híbrida pode ser usada para dessalinizar água do mar ou salmouras a partir de aquíferos salinos. Em outras modalidades, a bateria pode ser usada para dessalinizar uma grande variedade de fluxos de resíduos industriais ou de salmouras geotérmicas, que podem estar em diferentes valores de pH e/ou conter várias quantidades de solventes não aquosos. Em outras modalidades, a bateria pode ser usada para remover/adicionar seletivamente íons a um dentre os reservatórios de água enquanto preserva uma ou mais propriedades desse eletrólito, como pH, sólidos suspensos totais e condutividade elétrica. De modo observável, a bateria de dessalinização híbrida pode ser operada a um pH semelhante àquele da alimentação de entrada (por exemplo, água do mar/salgada), para reduzir ou minimizar a necessidade de ajuste do pH. Também, conforme discutido acima, em outras modalidades, uma câmara (por exemplo, o anólito) pode ter um pH ligeiramente inferior às outras câmaras.

[0112] Salvo indicação contrária, todos os números que expressam tamanhos de recurso, valores e propriedades físicas usados na especificação e nas reivindicações devem ser entendidos como modificados em todas as instâncias pelo termo “sobre”. Consequentemente, salvo indicação contrária, os parâmetros numéricos apresentados no relatório

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50/50 descritivo precedente e nas reivindicações anexas são aproximações que podem variar dependendo das propriedades desejadas que se pretende obter por aqueles versados na técnica com o uso dos ensinamentos revelados no presente documento. O uso de intervalos numéricos por pontos finais inclui todos os números dentro desse intervalo (por exemplo, 1 a 5 inclui 1, 1,5, 2, 2,75, 3, 3,80, 4 e 5) e qualquer intervalo dentro de tal faixa.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Sistema de regeneração de dessecante líquido caracterizado pelo fato de que compreende:

um aparelho de eletrodiálise que compreende:

um primeiro reservatório que compreende uma entrada e uma saída, em que a concentração de uma solução de entrada é aumentada para uma concentração de limite durante um modo de operação;

um segundo reservatório que compreende uma entrada e uma saída, em que a concentração da solução de entrada diminui durante o modo de operação;

uma primeira câmara eletrolítica redox ativa que compreende pelo menos um primeiro eletrodo e uma primeira solução de um material eletrolítico redox ativo e configurada para ter uma reação redox reversível com o primeiro material eletrolítico redox ativo para conduzir pelo menos um íon para a solução de entrada no primeiro reservatório;

uma segunda câmara eletrolítica redox ativa que compreende pelo menos um segundo eletrodo e uma segunda solução de um material eletrolítico redox ativo e configurada para ter uma reação redox reversível com o segundo material eletrolítico redox ativo para aceitar pelo menos um íon da solução de entrada no segundo reservatório;

um primeiro tipo de membrana disposta entre o primeiro e o segundo reservatórios; e um segundo tipo de membrana, diferente do primeiro tipo, disposto entre a primeira câmara eletrolítica redox ativa e o primeiro reservatório e disposto entre a segunda câmara eletrolítica redox ativa e o segundo reservatório.
2. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a espécie redox ativa é dissolvida em água e circulada da primeira câmara eletrolítica redox ativa para a segunda câmara eletrolítica redox ativa e de volta.

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3. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a espécie redox ativa é um derivado de ferroceno.
4. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a espécie redox ativa é ferrocianeto/ferricianeto.
5. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o primeiro tipo de membrana compreende uma membrana de troca de ânions e o segundo tipo de membrana compreende uma membrana de troca de cátions.
6. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda uma unidade de desumidificação configurada para diluir um dessecante líquido de uma primeira concentração para uma segunda concentração, sendo que o dessecante líquido que tem a segunda concentração é a solução de entrada.
7. Sistema, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a concentração limite é a primeira concentração.
8. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a solução de entrada compreende água e pelo menos um sal iônico.
9. Sistema, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o pelo menos um sal iônico compreende pelo menos um dentre cloreto de cálcio, cloreto de lítio e brometo de lítio.
10. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o primeiro e o segundo reservatórios compreendem um primeiro par de reservatórios e o sistema compreende ainda pelo menos um segundo par de reservatórios acoplados ao primeiro par.
11. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda uma unidade comutadora acoplada às saídas do o primeiro e o segundo reservatórios e um segundo aparelho de eletrodiálise é acoplado a pelo menos uma saída da unidade comutadora, e o segundo aparelho de eletrodiálise é igual ao aparelho de

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3/6 eletrodiálise.
12. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda uma unidade comutadora acoplada às saídas do o primeiro e o segundo reservatórios e um segundo sistema de dessalinização é acoplado a pelo menos uma saída da unidade comutadora, em que o segundo sistema de dessalinização usa um processo de tratamento de água diferente daquele do aparelho de eletrodiálise.
13. Sistema caracterizado pelo fato de que compreende: uma unidade de desumidificação configurada para diluir um dessecante líquido de uma primeira concentração para uma segunda concentração;

uma primeira unidade de bateria eletrodialítica, que compreende:

um primeiro reservatório acoplado à unidade de desumidificação para receber o dessecante líquido que tem a segunda concentração e que compreende uma saída, em que o dessecante líquido que tem a segunda concentração no primeiro reservatório é aumentado em concentração para uma terceira concentração ou diminuído em concentração para uma quarta concentração durante um modo de operação;

um segundo reservatório acoplado à unidade de desumidificação para receber o dessecante líquido que tem a segunda concentração e que compreende uma saída, em que a concentração do dessecante líquido que tem a segunda concentração no segundo reservatório é mudada da forma oposta à do dessecante líquido no primeiro reservatório durante o modo de operação;

uma primeira câmara eletrolítica redox ativa que compreende pelo menos um primeiro eletrodo e uma primeira solução de um material eletrolítico redox ativo e configurada para ter uma reação redox reversível com o primeiro material eletrolítico redox ativo para conduzir pelo menos um íon para (ou aceitar pelo menos um íon de) o dessecante líquido que

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4/6 tem a segunda concentração no primeiro reservatório de água;

uma segunda câmara eletrolítica redox ativa que compreende pelo menos um segundo eletrodo e uma segunda solução de um material eletrolítico redox ativo e configurada para ter uma reação redox reversível com o segundo material eletrolítico redox ativo para aceitar pelo menos um íon de (ou conduzir pelo menos um íon para) o dessecante líquido que tem a segunda concentração no segundo reservatório de água;

um primeiro tipo de membrana disposta entre o primeiro e o segundo reservatórios; e um segundo tipo de membrana, diferente do primeiro tipo, disposto entre a primeira câmara eletrolítica redox ativa e o primeiro reservatório e disposto entre a segunda câmara eletrolítica redox ativa e o segundo reservatório;

uma unidade comutadora que compreende um primeiro comutador acoplado à saída do primeiro reservatório e um segundo comutador acoplado à saída do segundo reservatório; e um sistema de transporte acoplado à unidade comutadora e à unidade de desumidificação e configurado para transportar o dessecante líquido que tem a terceira concentração do primeiro ou segundo reservatório para a unidade de desumidificação.
14. Sistema, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que a terceira concentração é substancialmente a mesma que a primeira concentração.
15. Sistema, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que a espécie redox ativa é dissolvida em água e circulada da primeira câmara eletrolítica redox ativa para a segunda câmara eletrolítica redox ativa e de volta.
16. Sistema, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que a espécie redox ativa é um derivado de ferroceno.
17. Sistema, de acordo com a reivindicação 13,

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5/6 caracterizado pelo fato de que a espécie redox ativa é ferrocianeto/ferricianeto.
18. Sistema, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o primeiro tipo de membrana compreende uma membrana de troca de ânions e o segundo tipo de membrana compreende uma membrana de troca de cátions.
19. Método caracterizado pelo fato de que compreende:

usar um dessecante líquido em um processo de desumidificação para remover água de um material e diluir o dessecante líquido de uma primeira concentração para uma segunda concentração;

fornecer um aparelho de eletrodiálise, que compreende: um primeiro reservatório que compreende uma entrada e uma saída, em que a concentração de um dessecante líquido é aumentada para uma concentração limite durante um modo de operação;

um segundo reservatório que compreende uma entrada e uma saída, em que a concentração de um dessecante líquido diminui durante o modo de operação;

uma primeira câmara eletrolítica redox ativa que compreende pelo menos um primeiro eletrodo e uma primeira solução de um material eletrolítico redox ativo e configurada para ter uma reação redox reversível com o primeiro material eletrolítico redox ativo para conduzir pelo menos um íon para o dessecante líquido no primeiro reservatório;

uma segunda câmara eletrolítica redox ativa que compreende pelo menos um segundo eletrodo e uma segunda solução de um material eletrolítico redox ativo e configurada para ter uma reação redox reversível com o segundo material eletrolítico redox ativo para aceitar pelo menos um íon do dessecante líquido no segundo reservatório;

um primeiro tipo de membrana disposta entre o primeiro e o segundo reservatórios; e um segundo tipo de membrana, diferente do primeiro tipo, disposto entre a primeira câmara eletrolítica redox ativa e o primeiro reservatório

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6/6 e disposto entre a segunda câmara eletrolítica redox ativa e o segundo reservatório;

transportar o dessecante líquido diluído para o primeiro e o segundo reservatórios;

operar o aparelho de eletrodiálise para gerar uma primeira saída que compreende um dessecante líquido que tem a concentração limite e para gerar uma segunda saída que compreende uma maioria de água; e transportar a primeira saída para o processo de desumidificação.
20. Método, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que a concentração limite é aproximadamente a mesma que a da primeira concentração.