CN112110526A - 脱盐设备 - Google Patents
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Abstract
一种脱盐电池组电池包括第一隔室，其通过阴离子交换膜与第二隔室隔开，所述第一隔室和第二隔室中的每一个均配置为容纳具有溶解盐浓度c 1 的咸水溶液，并分别具有布置为与所述溶液流体连通的第一和第二嵌入主体电极，电压源，其配置为将电流供应到所述第一和第二嵌入主体电极以将阳离子释放到所述溶液中，和控制器，其编程为调节供应的电流的量以改变溶液中存在的阴离子穿过第一和第二隔室之间的阴离子交换膜的方向，使得所述第一和第二隔室交替地从溶液中收集和分散盐，并且所述第一和第二隔室释放具有溶解盐浓度c 2 的脱盐水溶液和具有溶解盐浓度c 3 的盐水溶液，使得c 3 >c 1 >c 2 。
Description
技术领域
本公开涉及包括一个或多个脱盐电池组电池的脱盐设备和使用该设备的水脱盐方法。
背景技术
对优质饮用水的需求不断增长。但是，陆地上的淡水源有限，一些淡水正枯竭，其它来源的水质也因大量的工业和农业过程以及城市扩张而受到损害。因此，正在开发从丰富的水源-海洋水中获取淡水的技术。但是海水或咸水（saline water）含有高浓度的溶解盐，使得这些水不适合人类消费、农业用途或工业过程。因此，在咸水可以用作饮用水之前，其需要进一步脱盐处理以降低其溶解固体的浓度。
将水脱盐的努力可以追溯数千年。例如，最初记录的尝试包括海上水手进行的盐水蒸发。20世纪中叶开发了第一个大规模的现代脱盐工艺，即多级闪蒸。从那时起，已经提出并试验了各种不同的脱盐工艺。但是，伴随这些工艺的常见问题包括高能量需求、环境问题、与膜腐蚀有关的材料问题等，这些问题阻碍了脱盐更广泛的使用。
发明简述
在至少一个实施方案中，公开了一种脱盐电池组电池。所述电池组电池包括第一隔室，其由阴离子交换膜与第二隔室隔开，所述第一隔室和第二隔室中的每一个均配置为容纳具有溶解盐浓度c 1 的咸水溶液，并分别具有布置为与所述溶液流体连通的第一和第二嵌入主体电极。所述电池还包括电压源，其配置为将电流供应到所述第一和第二嵌入主体电极以将阳离子释放到所述溶液中。所述电池组电池进一步包括控制器，其编程为调节供应的电流的量以改变溶液中存在的阴离子穿过第一和第二隔室之间的阴离子交换膜的方向，使得所述第一和第二隔室交替地从所述溶液中收集和分散盐，并且所述第一和第二隔室释放具有溶解盐浓度c 2 的脱盐水溶液和具有溶解盐浓度c 3 的盐水溶液（brine solution），使得c 3 >c 1 > c 2 。所述第一和第二嵌入主体电极中的每一个可分别包括主体材料的第一和第二负载，并且所述第一负载可不同于第二负载。所述电池组电池还可以包括阴离子交换膜专用电压源。所述电池可以在位于所述阴离子交换膜和所述嵌入主体电极之间的每个隔室进一步包括至少一个入口通道和至少一个出口通道。所述电池组电池可以包括阀，该阀配置成防止咸水溶液流向第一或第二隔室。所述电池还可包括出口通道和入口通道以及第一和第二贮器，所述第二贮器经由出口通道和入口通道连接到所述电池组，其允许脱盐水溶液循环直至达到预定的溶解盐浓度c x ，其中c 2 > c x。
所述电池可具有至少一个入口通道和一个出口通道，并且其中所述控制器配置成调节所述至少一个入口通道、出口通道或两者中的体积流速。所述电池可进一步具有一个或多个出口通道，其中至少一个出口通道可具有比至少一个附加出口通道低的体积流速。
在另一个实施方案中，公开了一种水脱盐设备。所述设备可包括至少两个脱盐电池组电池，每个电池具有第一隔室，其通过阴离子交换膜与第二隔室隔开，所述第一隔室和第二隔室中的每一个均配置为容纳具有溶解盐浓度c 1 的咸水溶液，并分别具有布置为与所述溶液流体连通的第一和第二嵌入主体电极。所述设备可进一步包括电压源，其配置为将电流供应到所述第一和第二嵌入主体电极。所述设备还可包括控制器，该控制器编程为调节从电压源供应到所述至少两个电池的电流的量，使得该设备产生具有溶解盐浓度c 2 的脱盐水溶液和具有溶解盐浓度c 3 的盐水溶液，其中c 3 > c 1 > c 2。所述设备可以包括控制器，该控制器编程为通过向至少两个电池中的每一个供应不同的电压来分别地控制所述至少两个电池中的每一个中的离子传输。所述控制器可以进一步编程以调节至少一个电池中咸水溶液的体积流速。所述至少两个电池串联连接。所述至少两个电池可以彼此并联连接。所述至少两个电池可以以串并联配置布置。所述至少两个电池包括第一和第二电池，所述溶液以预定的体积流速Q1进入所述第一电池，并且所述控制器编程为随着所述溶液前进至所述第二电池，将所述体积流速降低至体积流速Q2，使得Q1 > Q2。
在一个替代实施方案中，公开了一种脱盐电池组设备。所述设备可包括多个级联布置的脱盐电池组电池，使得第一排电池包括n个电池，第二排包括至少n+ 1个电池，并且每个后续排包括比前排电池多至少一个电池。所述设备还可具有电压源，其配置为将电流供应到多个脱盐电池组电池。所述设备可进一步包括控制器，其编程为控制供应到所述电池的电流的量，使得该设备产生具有预定的溶解盐浓度c 2 的脱盐水溶液和具有溶解盐浓度c 3 的盐水溶液，其中c 3 > c 1 >c 2。第一排中的体积水流速可以大于第二排中的体积水流速。第二排可包括n ×2个电池，并且每个后续排可包括前排电池两倍的电池。
每个电池可以具有专用出口。所述设备还可以包括阴离子交换膜专用电压源。
附图简述
图1描绘了根据一个或多个实施方案的非限制性的示例性脱盐电池组电池的示意图；
图2示出了脱盐电池组电池的替代实例的示意图；
图3示意性地示出了另一替代脱盐电池组系统；
图4A示出了串联连接的多个脱盐电池组电池的示意图；
图4B示出了并联连接的多个脱盐电池组电池的示意图；
图4C示出了多个脱盐电池组电池的串并联配置的示意图；以及
图5示出了多个脱盐电池组电池的级联布置的示意图。
发明详述
下文描述本公开的实施方案。然而，应当理解，所公开的实施方案仅是实例，其它实施方案可以采取各种替代形式。附图不必按比例绘制；一些特征可能会被放大或最小化以显示特定组件的细节。因此，本文公开的具体结构和功能细节不应解释为限制性的，而仅仅是作为教导本领域技术人员以各种方式使用本发明实施方案的代表性基础。如本领域普通技术人员将理解的，参考任一附图所说明和描述的各种特征可以与在一个或多个其它附图中说明的特征组合以产生未明确说明或描述的实施方案。所示特征的组合提供了典型应用的代表性实施方案。然而，对于特定的应用或实施，与本公开内容的教导一致的特征的各种组合和修改也会是合意的。
除了明确指出，在本说明书中表示尺寸或材料性质的所有数值应理解为在描述本公开内容的最宽范围时由措辞“约”修饰。
首字母缩写词或其它缩写的第一次定义适用于本文中相同缩写的所有后续使用，并且经必要修改适用于初始定义的缩写的正常语法变体。除非明确地相反说明，否则通过与之前或之后对同一性质引用的相同技术来确定性质的测量。
术语“基本上”或“约”在本文中可用于描述所公开或要求保护的实施方案。术语“基本上”或“约”可以修饰在本公开内容中所公开或要求保护的值或相对特性。在这种情况下，“基本上”或“约”可表示其修饰的值或相对特性在所述值或相对特性的±0％、0.1％、0.5％、1％、2％、3％、4％、5％或10％之内。
适合与一个或多个实施方案结合的给定目的的一组或一类材料的描述暗示该组或该类的任何两个或更多个成员的混合物是合适的。用化学术语对成分的描述是指添加到说明书中指定的任何组合时的成分，并不一定排除一旦混合后混合物的成分之间的化学相互作用。首字母缩写词或其它缩写的第一次定义适用于本文中相同缩写的所有后续使用，并且经必要修改同样适用于初始定义的缩写的正常语法变体。除非明确地相反说明，否则通过与之前或之后对同一性质引用的相同技术来确定性质的测量。
地球上不断增长的人口对用于消费、农业和工业目的的清洁淡水的需求与日俱增。淡水是指具有低的盐浓度(通常小于1％)的水溶液。由于淡水源受限，已经进行了许多尝试来通过脱盐由丰富的海洋水生产淡水。脱盐是从咸水中去除矿物质组分的方法。从咸水中去除盐和其它化学物质需要电能或热能以将咸水分成两股物流，含有低浓度溶解盐的淡水物流和具有高浓度溶解盐的浓盐水第二物流。
已经开发了多种脱盐技术，例如蒸发、冷冻、蒸馏、反渗透、离子交换、电渗析等。然而，所有这些技术都有某些缺点，所述缺点妨碍了它们的广泛使用并限制了其成功。例如，反渗透通常需要大量的电能输入，这使得该技术相当昂贵。另外，反渗透利用选择性膜，该膜易于结垢或不希望的矿物质积累沉积在膜表面上。因此，该膜需要经常更换，这导致维护需求和增加的成本。
电渗析是使用离子交换膜的另一种膜脱盐技术。电渗析可能很昂贵，并且对微细菌污染没有屏障作用。然而，无膜技术存在其它挑战。例如，冻融通常依赖于自然零下温度的延长时段，因此限于某些气候条件。多效蒸馏利用几个级或效，在此过程中，进料水被咸水喷射到其上的管中的蒸汽加热。然而，除非废热可用于脱盐工艺，否则该技术存在高的操作成本，并且高温可增加腐蚀和结垢。
新开发的概念是电化学方法用于脱盐，如脱盐电池组或电化学设备。脱盐电池组使用电能输入从咸水中提取钠离子和氯离子以及其它杂质离子，以产生淡水。所述电池组由此呈现出双离子电化学去离子技术，包括钠和氯离子双离子电化学电极，对其施加电压以将咸水分离成具有相对低浓度溶解盐的淡水和浓盐水物流。
希望提供利用脱盐电池组的水处理系统。利用脱盐电池组的水处理系统的非限制性实例可包括用来保持液体溶液如咸水或脱盐水的容器、两个电极、电源、咸水入口和淡水出口。设想附加组件如附加入口、出口等。所述两个电极可以通过交换膜分开。所述交换膜可以是阴离子或阳离子交换膜。所述交换膜可包括在任一侧或两侧的隔膜(separator)。
所述容器可以是任何形状、尺寸或构造的容器、隔室、罩壳、器皿、罐、小罐、槽等，其能够获得、保留、保持和/或释放液体溶液如咸水、半咸水、海水、海洋水、淡水、甜水、饮用水、脱盐水、污染水、工业用水等。容器足够宽敞以容纳足够量的正在进行脱盐处理的水溶液；因此，尺寸根据特定的应用而不同。所述容器可以足够大以服务于工业应用。所述容器可以由能够承受腐蚀、温度波动、pH变化、压力变化并且抵抗其它化学、机械和/或物理条件的不同材料制成。
所述容器可以由玻璃、塑料、复合材料、金属、陶瓷或材料的组合制成。所述容器可以具有一个或多个保护涂层。所述容器可以由使水污染发生最小化的材料制成。所述容器可以由无毒且符合饮用水标准的一种或多种材料制成。
所述电极设置在电池组内以与所述容器中存在的水流体连通。所述电极至少部分浸在水溶液中。所述电极可以完全浸在水溶液中。所述电极可以放置在容器的相对侧上、在容器内居中放置、或者二者可以位于容器的同侧。所述电极可以彼此相邻放置，或者在存在一个或多个隔膜和交换膜(阴离子交换膜或阳离子交换膜)的情况下隔开一定距离。该距离可以是1mm或更大，1cm或更大，10cm或更大，20cm或更大，30cm或更大，取决于电池组模块和堆叠系统、容器以及电极的尺寸。
所述电池组的电极用作嵌入主体。嵌入是指将一种或多种离子可逆地包含入具有分层结构的材料中。层之间的空间可以用于一种或多种类型离子的临时存储。所述第一和第二嵌入主体可逆地存储和释放来自具有第一溶解盐浓度c 1 的咸水溶液的阳离子和阴离子，以在容器内产生具有第二溶解盐浓度c 2的淡水或脱盐水溶液和具有第三溶解盐浓度c 3的盐水溶液，使得c 3 >c 1 >c 2 。通常，c 1 可以为约500至10,000、800至7,000或1,000至5,000ppm的溶解盐，这取决于咸水来源。所述电池组可将溶解盐的量降低至约15至250、30至150或50至100 ppm的c 2 。
取决于操作条件和设备设计，所述电极可以由相同或不同的材料制成。所述第一、第二或两个电极均可以由膨胀石墨制成。石墨是碳的结晶同素异形体，是半金属的一个实例。石墨在标准条件下表现出碳的最稳定形式。石墨是具有高度各向异性的声热性质的导电体，且是自润滑性的。石墨具有层状的平面结构。石墨的各个层称为石墨烯。在每一层中，碳原子配置成蜂窝状晶格，其自然间隔为0.142 nm。原始石墨(pristine graphite)的层间距离为0.335或0.34 nm。平面中的各原子共价键合，但石墨烯层之间的键合是通过弱范德华键提供的。
由于其独特的性质和结构，石墨已被用作锂离子电池组中的阳极电极材料。然而，这些应用通常涉及原始石墨。众所周知，石墨烯层之间在z方向上的层间距离为0.34 nm的原始石墨不适用于不同类型的电池组，即Na离子电池组(NIB)，因为原始石墨具有低的Na+离子容量。由于Na+离子的尺寸相对较大和空间效应，与元素周期表同一列中存在的其它元素，即其它碱金属相比，Na+与原始石墨的化学键通常较弱。例如，Na+离子具有比Li+更大的半径，这在电化学过程中可能会阻碍Na+离子的质量传输。
因此，所述电极可以包括具有足以容纳Na+离子的层间距离的膨胀石墨。所述膨胀石墨可以通过改变和/或扩大原始石墨烯层的层间距离来形成。不同的膨胀方法可导致为特定应用量身定制的层间距离。当石墨烯层膨胀使得膨胀石墨层间距离大于0.34 nm，特别是至0.43 nm或更大时，Na+离子和/或其它离子可以可逆地嵌入膨胀石墨中并从中提取出来，从而在10mA/g电流密度下输送相对较高的>~280 mAh/g的可逆容量。通过使用膨胀石墨代替原始石墨，钠离子存储容量由此可以提高至少约20至30倍。
可以定制石墨烯层的层间距离以为各种阴离子、阳离子或二者提供足够的存储容量。石墨烯层之间的层间距可以是非常均匀或是基本均匀的。如果通过合成条件良好地控制，则沿石墨烯层的整个长度的层间距可以是均匀的。
在本文公开的膨胀石墨中，石墨烯层之间在z方向上的层间距离d s 可以大于约0.34 nm、0.35 nm、0.36 nm、0.37 nm、0.38 nm、0.39 nm、0.40 nm、0.41 nm、0.42 nm 0.43nm、0.44 nm、0.45 nm、0.46 nm、0.47 nm、0.48 nm、0.49 nm、0.50 nm、0.51 nm、0.52 nm、0.53 nm、0.54 nm、0.55 nm、0.56 nm、0.57 nm、0.58 nm、0.60 nm、0.61 nm、0.62 nm、0.63nm、0.64 nm、0.65 nm、0.66 nm、0.67 nm、0.68 nm、0.69 nm、0.70 nm或更大。膨胀石墨的层间距离d s 可以为约0.37至0.45nm，约0.45nm至0.6nm。膨胀石墨的层间距离d s 可以为约0.37至约0.7nm，约0.43至约0.6nm，或约0.45至约0.55nm。石墨烯片中不同的氧官能团可有助于控制层间距离d s。氧官能团可包括基团如-OH、＝O、-O-、-COOH等，或其组合。所述基团可通过可精确控制层间距离d s 的基于溶液的方法和/或热处理来制备。
由于膨胀的层间距离，膨胀石墨可从咸水、海水、半咸水等中吸收阳离子和阴离子。膨胀石墨可以吸收阳离子，包括但不限于Na+、Mg2+、Al3+、Si4+、K+、Ca+、Sc3+、Ti2+/3+/4+、V2 +/3+/4+/5+、Cr3+/6+、Mn2+/3+/4+、Fe2+/3+、Ni2+/3+/4+、Cu2+、Zn2+、Sn2+/4+、Pb4+等，以及阴离子，包括但不限于单阴离子类如F-、Cl-、Br-、I-、S-/2-，阴离子配合物如ClO4 -、ClO3 -、ClO2 -、BrO4 -、BrO3 -、SO4 2-、SiO3 2-、CN-，含金属阴离子如MXyOz n- (其中M = Na、Mg、Al、Si、K、Ca、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Ni、Cu Zn、Mo、Sn、Cs和Pb; X = F、Cl、Br、I、N和P；且0<y≤5; 0≤z≤5; 1≤n≤4)等。
膨胀石墨的膨胀的层间距离甚至允许具有相对较大半径的离子如Na+被吸引到由石墨烯层限定的空间内，暂时保留在其中，并在后来释放。因此，膨胀石墨承载一种或多种离子作为客体。
所述嵌入材料可以分别针对阳离子或阴离子而特定或定制。在这种情况下，所述阳离子嵌入材料仅能够捕获和释放阳离子，所述阴离子嵌入材料仅能够捕获和释放阴离子。例如，所述嵌入材料可以包括下表1中所列的一种或多种以下材料：
表1
| A<sub>x</sub>CuFe(CN)<sub>6</sub>， 其中A=Li、Na、K、Cs且0≤x≤1 |
| A<sub>x</sub>MnFe(CN)<sub>6</sub>，其中A=Li、Na、K、Cs且0≤x≤1 |
| A<sub>x</sub>MnMn(CN)<sub>6</sub>，其中A=Li、Na、K、Cs且0≤x≤1 |
| A<sub>x</sub>ZnFe(CN)<sub>6</sub>，其中A=Li、Na、K、Cs且0≤x≤1 |
| A<sub>x</sub>BaFe(CN)<sub>6</sub>，其中A=Li、Na、K、Cs且0≤x≤1 |
| Ti<sub>x</sub>Fe<sub>1-x</sub>[Fe(CN)<sub>6</sub>]<sub>0.96</sub>，其中0≤x≤1 |
| 聚酰亚胺（PNDIE） |
| FePO<sub>4</sub> |
| NaMnFe<sub>2</sub>(PO<sub>4</sub>)<sub>3</sub>磷锰钠铁石 |
| Na<sub>3</sub>Fe<sub>3</sub>(PO<sub>4</sub>)<sub>4</sub> |
| Na(M)PO<sub>4</sub>，其中M=Fe、Mn或Fe<sub>x</sub>Mn<sub>1-x</sub>和0≤x≤1 |
| MnO<sub>2</sub> |
| Na<sub>x</sub>MnO<sub>2</sub>，其中0≤x≤1 |
| ZnMn<sub>2</sub>O<sub>4</sub> |
| MgFeSiO<sub>4</sub>/C |
| Mg<sub>x</sub>Mn<sub>2-x</sub>SiO<sub>4</sub>，其中0≤x≤2 |
| Mg<sub>0.5</sub>Ti<sub>2</sub>(PO<sub>4</sub>)<sub>3</sub> |
| LiTi<sub>2</sub>(PO<sub>4</sub>)<sub>3</sub> |
| Ti<sub>x</sub>Al<sub>2-x</sub>(PO<sub>4</sub>)<sub>3</sub>，其中0≤x≤2 |
| TiP<sub>2</sub>O<sub>7</sub> |
| Na<sub>3</sub>MnTi(PO<sub>4</sub>)<sub>3</sub> |
| K<sub>2</sub>Ti<sub>4</sub>O<sub>9</sub> |
| TiS<sub>2</sub> |
| FeS<sub>2</sub> |
| CaMO<sub>3</sub>，其中M=Mn和/或Fe |
| 对苯二甲酸钾 |
| 2,5-吡啶二甲酸盐(K<sub>2</sub>PC) |
| KFeF<sub>3</sub> |
| K<sub>0,3</sub>MnO<sub>2</sub> |
| KMg<sub>x</sub>Fe<sub>2-x</sub>(PO<sub>4</sub>)<sub>2</sub>，其中0≤x≤2 |
| A<sub>x</sub>FeFe(CN)<sub>6</sub>，其中A=Li、Na、K、Cs且0≤x≤1 |
| A<sub>x</sub>NiFe(CN)<sub>6</sub>，其中A=Li、Na、K、Cs且0≤x≤1 |
| NaTi<sub>2</sub>(PO<sub>4</sub>)<sub>3</sub> |
| Na<sub>2</sub>FeP<sub>2</sub>O<sub>7</sub> |
| TiO<sub>2</sub> |
| Na<sub>2</sub>Ti<sub>3</sub>O<sub>7</sub> |
所述阳离子嵌入材料是掺杂或未掺杂的立方尖晶石MnO2、Na4Mn9O18(或等效地为Na0.44MnO2)、隧道结构的正交晶材料，NaM2(PO4)3(其中M = Ti、Mn、Fe、Ni、Cu或其组合)，其中Na的确切组成可以通过将不同起始量的Na2CO3或NaOH与金属氧化物前体充分混合然后在高温(约800℃)下进行热处理进行控制。允许用Li、Mg、Ca和/或K部分取代这些结构中的Na。
另外，用作电极的阳离子嵌入材料可以包括，但不限于，Na0.44Mn2O4、NaMnO2、K0.27MnO2、Na2/3Ni1/4Mn3/4O2、γ-MnO2、Na3V2(PO4)3、Na2VTi(PO4)3、NaVPO4F、Na2V6O10·xH2O、Na0.66[Mn0.66Ti0.34]O2、MoO3、Na2FeP2O7、Na3TiMn(PO4)3、Na3V2O2(PO4)2F等，或其组合。所述阳离子嵌入主体材料可以包括普鲁士蓝和/或普鲁士蓝类似物-六氰高铁酸盐(hexacyanoferrate)(HCF)或六氰锰酸盐(hexacyanomanganate)(HCM)基化合物如NiHCF、NiCuHCF和MnHCM。
另一方面，所述嵌入材料可以特定用于阴离子。所述阴离子嵌入材料可以包括AgCl、FeCl3、C3N4、FeOCl、BiOCl、VOCl、Mg(ClO2)2·6H2O、MgCl2O、NaClO2·3H2O、至少一种以下的三元和四元金属氧化物和金属氯氧化物：AlH12(ClO2)3、MnH8(ClO2)2、FeH8(ClO2)2和NiH8(ClO2)2，至少一种以下碱金属基和过渡金属基氧氯化物及其水合物：Ca4Cl6O、CaHClO、NaH4ClO2、AlClO、Si3(Cl4O)2、SiCl2O、Si6Cl10O7、SiCl2O、Si2Cl2O3、Ti(ClO4)4、TiClO、Mn8Cl3O10、MnH4(ClO)2、FeClO、Ni(ClO4)2、NiH16(ClO8)2、NiH12(ClO3)2、Cu2Cl2O和CuH8(ClO5)2等，或其组合。
所述能够嵌入的活性材料在阴极、阳极或二者中的示例负载量可以为约0.01至100mg/cm2，0.05至50mg/cm2，或0.1至10mg/cm2。
除了活性材料之外，所述电极之一或两者均可包含一种或多种导电剂、一种或多种聚合物粘合剂和/或其它组分。所述一个或多个电极可包含活性材料，其量为约70至99重量％，75至97重量％，或60至95重量％，基于电极的总重量计。所述一个或多个电极可包含一种或多种导电剂，其量为约1至40重量％，2.5至30重量％，或5至20重量％，基于电极的总重量计。所述一个或多个电极可包含一种或多种聚合物粘合剂，其量为约1至30重量％，2.5至20重量％，或5至15重量％。
导电剂的非限制性实例可包括炭黑、导电炭黑、无定形碳、碳纤维、一种或多种季铵盐、一种或多种烷基磺酸盐、一种或多种无卤素阳离子化合物等，或其组合。
聚合物粘合剂的非限制性实例可以是聚偏二氟乙烯(PVdF)、聚丙烯腈(PAN)、聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、聚乙二醇(PEO)、聚酰亚胺、聚多巴胺、聚(乙二醇)二丙烯酸酯、聚甲基戊烯、尼龙、金属芳族聚酰胺、聚醚酰亚胺、共聚酯、聚醚酮、羧甲基纤维素、苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)、共聚物和共混物如聚(偏二氟乙烯-六氟丙烯)(PVdF-HFP)、聚(偏二氟乙烯-氯三氟乙烯)(PVdF-CTFE)、聚(甲基丙烯酸甲酯-乙酸乙烯酯)(PMMA-VAc)、聚(乙二醇)二丙烯酸酯(PEGDA)、聚(甲基丙烯酸甲酯-丙烯腈-乙酸乙烯酯)(PMMA-AN-VAc)、聚(甲基丙烯酸甲酯-共聚-丙烯酸丁酯)(PMMA-co-BA)、聚(3,4-亚乙基二氧噻吩)聚苯乙烯磺酸盐-共聚-聚乙二醇(PEDOT-co-PEG)等，或其组合。
另外，所述一个或多个电极可以包含一种或多种柱化剂。柱化剂或掺杂剂是指可以通过对活性材料化学改性而并入电极结构内的各种化合物。例如，柱化剂可以化学和/或机械地与膨胀石墨的各个石墨烯层结合。所述一种或多种柱化剂可并入膨胀石墨内的相邻石墨烯层之间，和/或配置成保持相邻层之间预定的特定层间距距离d s。
柱化剂可以进一步增强电池组中离子吸附和解吸过程的质量传递和/或选择性。例如，并入硫作为柱化剂可导致吸引更大比例的阳离子。或者，用正金属或金属氧化物改性电极活性材料可导致对阴离子的吸引增加而排斥阳离子。柱化剂可以由此帮助调节淡水溶液的化学性质，以获得所需的饮用水化学组成。例如，在其中要脱盐的海水含有不期望的量的阴离子和/或期望的量的阳离子的区域中，可以并入正柱化剂以吸引要嵌入的阴离子，同时在水溶液中留下更大量的阳离子。淡水溶液由此可以定制用于局部需要和饮用水标准。
对于pH约7-8的中性水，与标准氢电极(SHE)相比，所述电极可以在水稳定性窗口(water stability window)，约为-0.5至1.5 V、 -0.4至1.2 V、-0.3至1.1 V或0至0.9 V(或相对于Na/Na+2.2至3.6V)内操作，以存储一种或多种上述类型的离子。较低的pH值可以使电压向高偏移(在pH = 0时最多达+ 0.4V)，而较高的pH值可以使电压向低偏移(在pH =14时最多达-0.4V)。
电极中离子的实际储存容量可以变化，这取决于操作电压条件、水溶液中存在的离子浓度、水溶液的整体化学组成、水溶液的酸度以及电池组设备内的欧姆或任何其它类型的电阻等。例如，由于世界不同地区的海水具有变化的离子浓度，因此电极中离子的实际容量可根据位置而不同。
所述电极的盐吸附容量可以在约1至300、5至150或10至100 mg盐/ g活性电极材料变化。所述电极面积可以在大约10至500、50至350或100至250 cm2变化。所述电极厚度可以在约2.5至500、5至400或10至300μm变化，这取决于电极材料、孔隙率、弯曲度、含电极材料的浆料的粘度，以及活性材料：粘合剂：碳的实际组成比的选择。
电极的孔隙率可以是约20至80、30至70或40至60%。所述电极密度可以在0.1至5、0.25至4或0.5至3g/cm3变化，这取决于材料的粒度、微结构、硬度以及所述电极系统中添加的碳的量。
用于水清洁的所述电池组的充电时间可为约1至60分钟、5至45分钟或15至30分钟，这取决于容量。用于电极清洁的放电时间可占充电时间的约50%至100%，即约30秒至60分钟、2.5至45分钟或7.5至30分钟。取决于包括在所述电池组模块中的电池的数量，在充电过程中的典型流速可以是约0.5至5000L /分钟、1至2500L /分钟或5至2000L /分钟。水的回收率可以大于约50、55、60、65、70、75、80、85、90或95%。确切的水流速可以通过如下所述的泵控制。
所述电极可以通过交换膜隔开。所述交换膜可包括在任一侧或两侧的隔膜。所述交换膜可以是阳离子或阴离子交换膜。
所述交换膜可以是阴离子交换膜(AEM)。AEM可以包含由富羟基(-OH)氧官能团组成的石墨烯、氧化石墨烯或两者皆有。氧化石墨烯中的特定官能团如羟基(-OH)、羧基(-COOH)、羰基(=O)、环氧基(-O)或其组合允许阳离子 (即Na+、K+、Mg2+、Ca2+、Pb2+等) 在相对稳定的电压窗口如相对于SHE为1.0至1.5 V或0.401至+1.23 V下吸附和解吸。相比之下，由于阴离子本身与氧化石墨烯氧官能团(-OH、-COOH、=O和-O-)之间的电子排斥，阴离子吸收电压非常高。除非向系统施加大于3V的非常大的电压，否则阴离子如F-、Cl-、Br-、I-或S2-，和阴离子配合物，包括但不限于ClO4 -、ClO3 -、ClO2 -、BrO4 -、BrO3 -、SO4 2-、SiO3 2-或CN- 由于被AEM材料中带负电荷的氧官能团所排斥而自由地移动到膜的另一侧。因此，所述官能化的氧化石墨烯层可以用作仅允许阴离子通过的选择性离子交换膜。
所述AEM 可包括氧化石墨烯与其它电子导电聚合物的混合物，所述导电聚合物包括聚环氧乙烷(PEO)、聚(吡咯)(PPY)、聚苯胺(PANI)、聚(噻吩)(PT)、聚(3,4-亚乙基二氧噻吩)(PEDOT)、聚对苯硫醚(PPS)、聚乙炔(PAC)和聚对苯乙炔(poly(p-phenylenevinylene))(PPV)等，或其组合。此外，所述AEM可以由氧化石墨烯与其它聚合物的混合物组成，所述其它聚合物不是电子导电的而是离子导电的，包括交联的聚乙烯醇(PVA)、交联的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚苯乙炔(polyphenylene vinylene)(PPV)等，或其组合。可根据需要添加另外的电子导电材料，如石墨、硬碳、软碳、炭黑等，或其组合。
所述电池组或电容性去离子设备进一步含有能够向电极和/或交换膜供应电流的电源、电流源或电压源。施加电流以从所述容器容纳的水中去除各种离子。施加的电压V和膜电压Vm可以用于控制选择性离子渗透率并影响水脱盐方法的总效率。所述电流可以是恒定电流，直到达到预定的电压截止，或者可以向电池组施加正电压。通过施加受控的膜电压Vm可以增强通过交换膜的阳离子截留和阴离子扩散率。膜电压可以为约0至± 0.5 V。
图1中描绘了用于水处理设备中的非限制性的示例性电池组电池100。所述电池组100包括两个电极102和104以及放置在所述电极102和104之间的阴离子交换膜106。所述交换膜106将两个独立的水隔室108、110分开。所述电极102、104连接到电压源112。所述电池组电池100还包括一个或多个水入口114和水出口116。
所述入口114和出口116可用于引入或释放咸水或脱盐水。每个隔室108、110的入口114和出口116的数量可以相同或不同。例如，第一隔室108可以比第二隔室110多有一个入口。一个或多个入口114可位于AEM106和嵌入主体102、104之间。
入口114、出口114或两者可以居中位于AEM106和主体电极102、104之间。入口114可以位于出口116的正对面。或者，同一隔室108或110的入口114和出口116可以交错，使得入口114和出口116不对准，不放置在同一轴线上。所述至少一个入口114、出口116或两者可具有相同或不同的直径。入口114、出口116或两者可将电池组100与贮器222、贮器223或两者连接。
此外，本文所公开的电池组电池100和附加电池组电池可连接到一个或多个用于储存咸水或脱盐水的水贮器122、一个或多个能够控制来自/去往电池组100的水流速的泵124、连接到一个或多个泵124的阀126和/或一个或多个能够检查、测定或监控水质的设备128，如pH计、软水器等。所述贮器122可以是能够获得、保留、保持和/或释放液体溶液的任何形状、尺寸或构造的容器、隔室、罩壳、器皿、罐、小罐、槽等，所述液体溶液如咸水、半咸水、海水、海洋水、淡水、甜水、饮用水、污水、工业用水等。所述泵124可以是自动的、手动的或两者皆可。所述泵124可位于入口、出口管、连接到水贮器122的物流或其组合中。
或者或此外，可进行后处理步骤以根据特定应用的要求进一步中和/调节所述水。
所述电池组电池100可以包括包含相同或相似的电极材料的化学性质和负载的两个对称电极102、104。或者，所述电池组100可以具有不对称的电极配置，使得第一电极104至少部分地或完全由与第二电极106不同的材料制成。所述电极材料可以共享相似的结构特征如相同的空间群，但是离子如Na+、Ca2+或Mg+ 的浓度可不同。
所述电池组电池100可以以下方式运行。可以向所述电池组电池100施加正电压V，以从电极102、104之一释放阳离子如Na+。将所述阳离子与咸水一起分散在水隔室108、110之一中，特别是盐水隔室118，其包含具有第一溶解盐浓度c 1 的咸水溶液。所述盐水隔室118中的咸水可通过水入口114之一供应。由于阳离子不能穿过阴离子交换膜106，因此盐水隔室118内的Na+浓度增加。阴离子如Cl-被吸引并穿过所述阴离子交换膜106以中和盐水隔室118内的阳离子。同时，由于电荷中性和施加的偏压，阳离子如Na+离子嵌入电极102、104的另一侧。该过程产生了包含淡水或脱盐水溶液的清洁水隔室120，所述淡水或脱盐水溶液在阴离子交换膜106的相对侧上具有第二溶解盐浓度c 2 ，使得c 1 > c 2 。
所述电池组100可以循环运行(嵌入和脱嵌)，其中水连续流动。在连续流动下，来自清洁水隔室120的脱盐水可以储存在贮器122中。或者，所述电池组100可作为间歇脱盐设备运行，其中可将有限量的水供应到隔室以较小规模操作进行清洁。或者或此外，可将半连续的水流供应到所述电池组电池100，使得水隔室108、100可用额外的咸水再填充并可在下一个循环中在相反方向上运行。在一个替代实施方案中，所述电池组电池100可设计为圆柱形管状电池。两个隔室108、100都可以用于在相反运行方向上的水净化。
在一个非限制性实例中，可以通过利用净水贮器122和用于水净化的循环回路提供连续循环中的清洁水的连续收集。在启动期间，两个电极102、104处于相似的充电状态(例如50%)，然后所述第一电极102放电(向0%)并且所述第二电极104向100% SOC充电。在所述第一循环中，可以从包括嵌入主体材料的电极102、104去除包括Na+、K+、Mg2+、Ca2+和Pb2+等在内的第一目标离子。由于阳离子-阴离子的吸引(中性)，将阴离子加入到盐水隔室118中。所述清洁水隔室120由此容纳可以收集的脱盐水。下一个循环允许将离子冲洗出电极102、104，排除废水。所述电极102、104也可用于下一个水净化循环。
所述脱盐水可在电池组100中循环一次或多次以进一步净化水，使其达到预定的溶解盐浓度c x ，使得c x ＞c 2 。
在图2描绘的一个替代实施方案中，示出了脱盐电池组电池200。所述电池组电池200具有不对称电极202、204，其具有不同类型的嵌入材料、嵌入材料负载或两者兼有。例如，碱金属氧化物中碱金属的起始浓度在阳极和阴极中可以不同(对于NaxMOy来说x变化)。取决于所使用的材料的类型和负载，可以调节操作电压。因为不同的嵌入材料可以从开始就具有不同的电荷状态(SOC)，所以可以减少用于激活电极的启动时间。
所述电池组电池200进一步包括离子交换膜206、水隔室208、210、电压源212、水入口214和水出口216、水贮器222、泵124、阀126、附加设备128如pH监测设备以及类似于图1的实施方案的水入口214和出口216。
代替专门专用的"盐水"和"清洁"水隔室，所述电池组的两个隔室208、210可以用来在交替循环步骤中输出脱盐水。可以控制电压以改变所述阴离子穿过阴离子交换膜206的方向。因此，两个隔室208、210直接连接到盐水贮器223以收集和/或分散盐，并且还连接到清洁水物流和槽贮器222，从而能够交替地输出净化水。每个隔室208、210因此可以用作盐水隔室或清洁水隔室。所述电池组电池200的交替循环具有不需要放电步骤的优点。
在多个净化循环过程之后，可能需要清洗步骤来清洁所述隔室、入口管、出口管或其组合，以移除可能的盐积聚残留物并使所述电池组电池200内的电极再生。
在图3描绘的又一实施方案中，所述电池组系统301可连接到控制单元330。所述控制单元330可以包括一个或多个控制器330，其编程为控制、管理和/或改变电压、膜电压、电流、整个系统中的各个入口/出口通道中的相对流速或两者、输入水体积、输出水体积、再充电或清洗循环的频率、持续时间、或两者、水脱盐的程度、用于该过程的清洁模式等。例如，所述控制器330可编程为向每个电池401或电池401的组供应不同的外部电压，以精确地控制每个电池401中的离子传输。另外，所述控制器330可编程为如下所述调节至每个电池401或电池401组的体积流速，以通过增加被脱盐的水在系统400内的停留时间来使水净化进行最大化。
所述一个或多个控制器330具有一个或多个处理组件，如一个或多个微处理器单元(未示出)，其使得控制器330能够处理输入数据。所述输入数据可以由传感器(未示出)和/或连接到控制器330的计算机系统(未示出)供应。通过计算机系统供应的输入数据可以包括各种数据如供应、需求数据、输入水的物理和化学性质、电极和离子交换膜的物理和化学性质、电极的状态、要施加的电压、每个循环的持续时间、流速数据、预定的脱盐值等。所述数据可以在脱盐方法之前、所述方法过程中或两者同时供应给控制器330。
在图3的非限制性实例中，所述电池组电池300包括电极302、304和分隔电极302、304的离子交换膜306。所述电池组电池300包括两个隔室308、310，以及向电极302、304和膜306供应电压的电源312。所述咸水经由水入口314提供，其经由三通阀326被引导到隔室308、310。所述脱盐水经由出口316从一个或两个隔室308、310中释放。
所述一个或多个入口314和/或一个或多个出口316可包括一个或多个通道或管线332。在系统300运行期间，至少一些通道332可以用作具有比系统300的其余部分更低的水流量的盐收集通道334。所述系统300可以进一步包括一个或多个经处理的水通道336，其能够将经处理的、脱盐的或清洁的水输送到一个或多个消费者，能够经由清洁水贮器325输送进行。所述电池组电池300进一步包括多个阀326，其允许逆向水流、紧急排水或两者皆可。
在清洗步骤期间，住宅或工业用户340可从清洁水贮器325抽取清洁或经处理的水，同时关闭通向/来自一个或多个清洁通道336的阀326。一个或多个盐收集通道334可以被清洗到废弃物流338或盐水贮器(未示出)。在清洗之后，可以切换电流方向，可以打开通向/来自一个或多个清洁通道336的阀326，并且可以重复脱盐过程。
本文公开的脱盐/水处理系统可向各种消费者如住宅、工业或发电厂提供水。根据应用尺寸，如图1-3中所示的那些电池组电池单元可以进行组合、自由堆叠和连接以创建更大的系统。图4A-4C中描述了大规模水脱盐电池组或水处理或水脱盐系统的非限制性实例。
例如，系统400可以包括至少两个或更多个电池组电池单元401，其可以如图4A中所示串联连接，图4B中所示并联连接，或如图4C中所示串并联配置。在图4A和4B的串联或并联配置中，单个电池401可包括阳极402、交换膜406和阴极404。在图4C的配置中，单个电池401可包括阳极402、膜406、阴极404、膜406、阳极402等，从而允许在系统400内的连续水流和逐步清洁。系统400内电池401的不同布置提供不同优点。例如，电池401的串联连接可导致更高程度的脱盐，因为相同的水通过了更多的净化步骤。相反，并联配置可导致在给定量的时间内更高水体积或量的脱盐。
如由图4A-4C的示例性实施方案可见，所述系统400进一步包括一个或多个进水管或水通道414以及一个或多个出水管或水通道416，用于引入咸水以及去除脱盐水和盐水。所述脱盐水和/或盐水可收集在以上实施方案中所述的贮器中。正如在前述实施方案中，所述系统400可包括多个阀，用于水流逆转、清洗、紧急排放和从系统400释放水。每个电池401进一步包括基部或底壁以及顶壁442或盖444。所述基部442、顶部444或两者可暂时或永久地附接和/或可选择性地移除。
如从图4A和4B中可以看出，所述系统400可以包括在正方形或矩形中串联或并联连接的各电池401。或者，所述单元401可以以其它配置来布置，例如1乘2、1乘3、1乘4、2乘3、2乘4等。考虑设备的不同尺寸，如叠放在彼此顶部上或并联和/或串联连接的各电池组电池的堆叠。例如，考虑含有许多串联电池(即：阴极/ AEM /阳极/ AEM /阴极/AEM/阴极等)的单一单元水清洁电化学设备，其允许在所述设备内连续的水流和逐步清洁。
当水通过所述系统400，并且溶解盐的浓度从高浓度降低到低浓度时，可能需要调节流速。例如，在所述系统400内，所述水流可以在各个电池401或电池401组之间选择性地调节。例如，在位于入口414附近的电池401中，所述咸水可以以预定体积流速Q1进入。所述流速可以逐渐或间歇地降低到Q2、Q3等，其中Q1 > Q2 > Q3。示例性的降低系数可以是2到4。
所述系统400还可以以级联方式堆叠，如图5所示。术语级联可以涉及串联布置或序列，使得每排比前排至少多包含一个电池。例如，如图5所示，所述设备400在第一排中包含一个电池组电池401，随后在第二排中包含两个电池401 "，和在第三排中包含三个电池401’’’。排和每排中电池的数量可以与所描述和描绘的实例不同，但是每个后续排应当比前排至少多一个电池。如果第一排具有n个电池，则后续排具有至少n + 1个电池。在另一非限制性实例中，第二排中的电池数量可以是n ×2，并且每个后续排可以具有前排两倍的电池。
或者，级联型设备400中的电池401的数量可以交错，使得第一排可以包括n个电池，第二排可以包括n+1个电池，第三排可以再次包含n个电池等。每个奇数排可以包含n个电池，每个偶数排可以具有n + 1个电池。当溶液从入口414向出口416行进时，随着电池数的增加和降低，该设备中的流速可以由此分别降低和增加。
在图5的系统400内，电池401的数量增加以适应降低的水流速。当盐浓度从第一排或步骤1中的高浓度盐水降低到随后排如步骤2和步骤3中的高度脱盐水时，在随后的电池401的组中的水流速可以降低，以通过增加经处理的水分别在步骤2和3的给定电池401 "和401’’’内的停留时间而使水净化进行最大化。
所述系统400中的初始流速、降低的流速和电池401的数量可以根据具体应用而变化。例如，如果在电池401 '中在脱盐的步骤1中流速减为1/2，则所述系统400可以具有两倍的与电池401 '相邻的电池401 "，其参与脱盐方法的步骤2。降低的流速允许脱盐的水在系统400内有更长的停留时间，从而可以实现更高程度的净化。
在设备400中，每个电池401可以具有其自己的入口414和/或出口416，这取决于电池布置的类型。或者，所述设备400可以仅具有一个入口414和/或一个出口416。
再或者，所述设备400可以具有对于每个电池401的多个入口和/或出口416。例如，如图5所示，所述设备400可包括允许电池401 '中的咸水溶液进入的入口414。所述电池401可具有两个将脱盐溶液释放到第二排电池401 "中的出口416，以及至少再一个将盐水溶液释放到例如盐水溶液贮器(未示出)中的附加出口416。或者，所述盐水溶液可从每排的单个出口通道416释放，从相应排的每个电池收集盐水溶液。每排的出口通道416可连接到通向贮器的公共盐水通道。
所述系统400中每个电池的大小可以相同或不同。例如，所述第一电池 401’可以具有最大或最小尺寸。或者，每个电池401在整个设备400上可以具有相同的尺寸。
本文公开的工艺、方法或算法可传递到处理设备、控制器或计算机，或由处理设备、控制器或计算机实施，所述处理设备、控制器或计算机可包括任何现有的可编程电子控制单元或专用电子控制单元。类似地，所述工艺、方法或算法可以以许多形式存储为控制器或计算机可执行的数据和指令，其包括但不限于永久存储在非可写存储介质如ROM设备上的信息和可更改地存储在可写存储介质如软盘、磁带、CD、RAM设备和其它磁介质和光介质上的信息。所述工艺、方法或算法也可以在软件可执行对象中实现。或者，可以使用适当的硬件组件如专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、状态机、控制器或其它硬件组件或设备，或者硬件、软件和固件组件的组合，来整体或部分地实现所述工艺、方法或算法。
说明书中使用的措辞是描述性的措辞而不是限制性的，并且应当理解，在不脱离本公开的精神和范围的情况下可以进行各种改变。如前所述，各种实施方案的特征可以组合以形成可能没有明确描述或示出的其它实施方案。尽管可以将各种实施方案描述为在一个或多个期望的特性方面提供了优点或优于其它实施方案或现有技术的实现方式，但是本领域普通技术人员认识到可以折衷一个或多个特征或特性来实现期望的总体系统属性，其取决于特定的应用和实施。这些属性可以包括但不限于成本、强度、耐用性、生命周期成本、市场性、外观、包装、尺寸、适用性、重量、可制造性、易于组装等。因此，描述为与其它实施方案或现有技术实施方式相比在一个或多个特征方面不太理想的实施方案并不在本公开的范围之外，并且对于特定应用而言可能是理想的。
Claims (20)
1.一种脱盐电池组电池，其包括：
第一隔室，其通过阴离子交换膜与第二隔室隔开，所述第一隔室和第二隔室中的每一个均配置为容纳具有溶解盐浓度c 1 的咸水溶液，并分别具有布置为与所述溶液流体连通的第一和第二嵌入主体电极，
电压源，其配置为将电流供应到所述第一和第二嵌入主体电极以将阳离子释放到所述溶液中；和
控制器，其编程为调节供应的电流的量以改变溶液中存在的阴离子穿过第一和第二隔室之间的阴离子交换膜的方向，使得所述第一和第二隔室交替地从溶液中收集和分散盐，并且所述第一和第二隔室释放具有溶解盐浓度c 2 的脱盐水溶液和具有溶解盐浓度c 3 的盐水溶液，使得c 3 > c 1 > c 2 。
2.根据权利要求1所述的电池组电池，其中所述第一和第二嵌入主体电极中的每一个分别包括主体材料的第一和第二负载，并且所述第一负载不同于第二负载。
3.根据权利要求1所述的电池组电池，其进一步包括阴离子交换膜专用电压源。
4.根据权利要求1所述的电池组电池，其在位于阴离子交换膜和嵌入主体电极之间的每个隔室进一步包括至少一个入口通道和至少一个出口通道。
5.根据权利要求1所述的电池组电池，进一步包括阀，该阀配置为防止咸水溶液流向第一或第二隔室。
6.根据权利要求1所述的电池组电池，其进一步包括出口通道和入口通道以及第一和第二贮器，所述第二贮器经由出口通道和入口通道连接到电池组，允许脱盐水溶液循环直至达到预定的溶解盐浓度c X ，其中c 2 >c X 。
7.根据权利要求1所述的电池组电池，其进一步包括至少一个入口通道和一个出口通道，并且其中所述控制器配置为调节在至少一个入口通道、出口通道或两者中的体积流速。
8.根据权利要求1所述的电池组电池，其进一步包括一个或多个出口通道，并且其中至少一个出口通道具有比至少一个附加出口通道低的体积流速。
9.一种水脱盐设备，其包括：
至少两个脱盐电池组电池，每个电池具有第一隔室，其通过阴离子交换膜与第二隔室隔开，所述第一隔室和第二隔室中的每一个均配置为容纳具有溶解盐浓度c 1 的咸水溶液，并分别具有第一和第二嵌入主体电极，其布置为与所述溶液流体连通，
电压源，其配置为将电流供应到所述第一和第二嵌入主体电极；和
控制器，其编程为调节从电压源供应到所述至少两个电池的电流的量，使得该设备产生具有溶解盐浓度c 2 的脱盐水溶液和具有溶解盐浓度c3的盐水溶液，其中c 3 >c 1 >c 2。
10.根据权利要求9所述的脱盐设备，其中所述控制器编程为通过向至少两个电池中的每一个供应不同的电压来分别地控制所述至少两个电池中的每一个中的离子传输。
11.根据权利要求9所述的脱盐设备，其中所述控制器进一步编程为调节在至少一个电池中的咸水溶液的体积流速。
12.根据权利要求9所述的脱盐设备，其中所述至少两个电池串联连接。
13.根据权利要求9所述的脱盐设备，其中所述至少两个电池彼此并联连接。
14.根据权利要求9所述的脱盐设备，其中所述至少两个电池以串并联配置布置。
15.根据权利要求9所述的脱盐设备，其中所述至少两个电池包括第一和第二电池，所述溶液以预定的体积流速Q1进入所述第一电池，并且所述控制器编程为随着所述溶液前进至所述第二电池，将所述体积流速降低至体积流速Q2，使得Q1>Q2。
16.一种脱盐电池组设备，其包括：
多个级联布置的脱盐电池组电池，使得第一排电池包括n个电池，第二排包括至少n+1个电池，并且每个后续排包括比前一排电池多至少一个电池，
电压源，其配置为将电流供应到多个脱盐电池组电池；和
控制器，其编程为控制供应到所述电池的电流的量，使得该设备产生具有预定的溶解盐浓度c 2 的脱盐水溶液和具有溶解盐浓度c 3 的盐水溶液，其中c 3 >c 1 >c 2。
17.根据权利要求16所述的电池组，其中第一排的体积水流速大于第二排的体积水流速。
18.根据权利要求16所述的电池组，其中第二排包括n×2个电池，并且每个后续排包括前一排电池两倍的电池。
19.根据权利要求16所述的电池组，其中每个电池具有专用出口。
20.根据权利要求16所述的电池组，其进一步包含阴离子交换膜专用电压源。
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