CN114845795A - 管式电化学分离单元及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于制造管式电化学分离单元的方法，所述管式电化学分离单元包括电串联排列的多个电化学池并且包括至少三个层，所述方法包括：‑第一层的沉积步骤(110)，其形成包括被空间(12)隔开的多个相继的管式模块(11)的第一不连续层(10)，‑第二层的沉积步骤(120)，实现所述沉积以形成包括被空间(22)隔开的多个相继的管式模块(21)的第二不连续层(20)，使得管式模块(11)部分地涂覆有第二层(20)的管式模块(21)，‑第三层的沉积步骤(130)，实现所述沉积以形成包括被空间(32)隔开的多个相继的管式模块(31)的第三不连续层(30)，使得管式模块(21)部分地涂覆有第三不连续层的管式模块。

Description

管式电化学分离单元及其制造方法
技术领域
本发明涉及膜分离工艺的领域。具体地，本发明涉及电化学分离膜的领域。本发明提供用于制造管式电化学分离单元的新型方法、新型管式电化学分离单元、和用于制造管式电化学分离单元的系统。
背景技术
许多年来一直在努力开发新型和改进的用于选择性分离的分离膜。分离膜技术覆盖不同的方法并且通常应用于两种级分之间的物质分离。分离膜允许阻止溶解在混合物中的一些物质的通过或者允许其选择性通过。分离是在根据限定分离机理的传递驱动力(压力差、重力、离心力、温度差、浓度差、电压差)的作用下进行的。更特别地，在电化学膜分离中，电化学电势梯度提供了跨越膜的驱动力，其是通过施加外部电势而建立的。分离膜通过多个特性和参数例如渗透率和选择性进行限定。
已经存在多个使用分离膜分离的实例，例如过滤：筛分、微滤、超滤、纳滤、渗透汽化、渗透和反渗透。
电化学膜分离方法提供了许多优点，例如紧凑和允许模块化安装、连续提取或制造、高选择性、短分离时间。
由于这些原因，在不同应用领域例如纯化、浓缩、分级、液体脱气、水处理、分析技术和发电、特别是用燃料电池发电、和气体分离或生产中已经开发了分离膜。
随着这些发展，膜的制造已经急剧增加，特别是在其中分离膜起到重要作用的发电的技术领域中。
典型地，分子通过或多或少多孔的膜经由毛细力而被分离。然而，分子分离所需要的时间通常是重要的，从而导致低的效率。
在此背景下，已经发展了利用电化学来通过提供能量以加速分离过程和允许大规模制造而减少分离时间。
通过添加导电颗粒、聚合物型粘结剂和特别是能够促进质子或一些离子的迁移的材料，已经获得了进一步改进。
然而，尽管有这些改进和实施，离子交换膜的设计迄今尚未对安全性和制造成本(受制于用于建造的材料的类型)的问题、以及对于大规模制造和组装简单性的需要给出令人满意的答复。
典型地，将气体或液体的混合物进料到包括分离膜的隔室的入口中，施加电流以改进分子向离子的分离(转化)和其通过选择性离子交换膜向阳极或阴极的选择性传输。
为了制造电化学分离单元，文献EP0629015教导了池元件的组件，所述池元件各自包括被刚性按压在2个相邻双极板的两侧之间的单元式电极-膜结构。特别是，EP0629015教导了包括设置有用于进料气态反应物和移除产物和残余反应物的孔的一对双极板或端板的池元件。所述池元件还包括一对电催化多孔电极、离子交换膜和一对垫圈框架。该对垫圈框架包含用于所述双极板或端板和所述电极之间的电接触的大量点。具有串联连接的这些组件需要密封和周缘密封以获得各电化学池之间的电连接和形成电化学单元。这些组件提高了制造成本(制造方法更多的步骤、更多的元件、更多的组分(部件)、更多的手段和更多的资源)并且降低了安全性，从而各连接点引起故障风险。
电化学膜需要在膜的两侧施加电势来实现分子在该膜内的迁移。然而，由于该电化学层的比电阻，必须限制池的尺寸，即使长度长的池对于允许大规模制造是期望的也是如此。为了获得使用电化学分离的长的装置，于是必须利用电绝缘体和导电材料将这些不同的池电串联排列。该现有技术的实例示于第一图1上。
电化学单元的电化学池A、B、C、D包括彼此堆叠的三个层。第一层1对应于内部电极，第二层2对应于电化学层(例如用于离子的分离和传输)，并且第三层3对应于外部层。在电化学单元的各池之间，使用多个电绝缘体4a和导电材料4b来将电化学单元的各池串联连接。此外，为了提高接合部的可靠性和紧密性，实施了焊缝5例如陶瓷焊缝。组装的电化学单元可具有最高达470万个陶瓷焊缝。
电化学单元的这样的串联排列于是成为成本来源以及池之间的各连接处的故障的来源。进一步地，故障的风险随着串联排列的池的数量而增加，这样的排列不适合于大规模制造。
改进电化学单元性质的另一方式在于致力于电化学单元组成：阳极组成、阴极组成和是否存在中间层和任选的添加剂来赋予电化学单元以特定性质。多篇文献公开了各层的不同组成：EP10448613、WO2009/152255、EP3231501、WO2008/127406。再一次，制造成本与组分(部件)有关，例如不推荐使用贵金属，尤其是因为多种残留物积聚在电化学池中。
其它实例包括机械压缩机(EP3245530中)或者电化学压缩机，其被添加至电化学单元的结构以改进分离或制造。实际上，电化学单元需要在膜的两侧施加电势以导致分子在该膜内的迁移。
然而，当考虑将池以串联连接方式排列以提高它们的长度和由此允许大规模制造时，这些解决方案仍然需要使用包括绝缘材料和导电材料的连接体。
如上所述，这些电串联排列构成了成本的来源，易于功能异常，因为各池之间的众多连接导致能量、产量的损失并且在组装体中短路的情况下还隐含着安全性风险。
需要降低电化学单元的制造成本，并且使所述电化学单元更可靠和鲁棒(坚固)，使其适合于在工业水平上分离感兴趣的分子。
技术问题
本发明目的在于克服现有技术的缺陷。特别是，本发明提出了用于制造包括多个电化学池的管式电化学分离单元的新方法，在所述管式电化学分离单元内池串联电连接；与本领域的现有方法相比，所述方法实施起来更简单。随着而来的是，制造成本降低。进一步地，所得管式电化学分离单元的安全性和鲁棒性大幅提升。
而且，本公开内容设计成提供管式电化学分离单元和用于制造管式电化学分离单元的系统。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供用于制造管式电化学分离单元的方法，所述管式电化学分离单元包括电串联排列的多个电化学池，所述管式电化学分离单元包括至少三个层，所述方法包括：
-第一层的沉积步骤，实现所述沉积以形成第一不连续层，所述第一不连续层包括被空间(间隔，space)隔开(通过空间(间隔)隔开)的多个相继的管式模块，
-第二层的沉积步骤，实现所述沉积以形成第二不连续层，所述第二不连续层包括被空间隔开的多个相继的管式模块，使得第一不连续层的管式模块部分地涂覆有第二不连续层的管式模块，
-第三层的沉积步骤，实现所述沉积以形成第三不连续层，所述第三不连续层包括被空间隔开的多个相继的管式模块，使得第二不连续层的管式模块部分地涂覆有第三不连续层的管式模块，
-所述沉积步骤导致电串联排列的电化学池的形成，其中电化学池的第三不连续层的管式模块与相邻电化学池的第一不连续层的管式模块接触，
-和其中，所述电化学池的第三不连续层的管式模块还与所述相邻电化学池的第二不连续层的管式模块接触。
根据所述方法的其它任选特征：
-实现第二层的沉积步骤，使得第一不连续层的两个相继的管式模块部分地涂覆有第二不连续层的管式模块。虽然可用第二不连续层的管式模块部分地涂覆第一不连续层的仅一个模块，但是将第一不连续层的2个相邻模块用第二不连续层的一个模块涂覆保证了对第二电极的访问。
-实现第三层的沉积步骤，使得第二不连续层的两个相继的管式模块部分地涂覆有第三不连续层的管式模块。虽然可用第三不连续层的管式模块部分地涂覆第二不连续层的仅一个模块，但是将第二不连续层的2个相邻模块用第三不连续层的一个模块涂覆保证了对第二电极的访问。
-实现第二层的沉积步骤，使得第一不连续层的两个相继的管式模块之间的空间填充有第二不连续层的管式模块。这允许第一层的两个相继的管式模块之间的电隔开并且防止气体从第一层的两个相继的管式模块之间的该隔开处泄漏出来。
-实现第三层的沉积步骤，使得第二不连续层的两个相继的管式模块之间的空间填充有第三不连续层的管式模块。这允许第二层的两个相继的管式模块之间的电隔开并且防止气体从第二层的两个相继的管式模块之间的该隔开处泄漏出来。
-层的沉积过程是通过在时间上和/或在单独(分开)区域中的相继的步骤操作的，
-层的沉积工艺选自挤出、共挤出、粉浆浇注、注射模塑、带式浇注(带式流延)、喷涂、化学气相沉积、物理气相沉积、刮刀、原子层沉积、等离子体增强化学气相沉积、蒸发沉积、溅射、分子束外延、脉冲激光沉积、电流体动力学、旋涂、棒涂、模涂、刮涂、气刀涂覆、辊涂、凹版涂覆、浸涂、喷墨印刷、丝网印刷、朗缪尔-布罗杰特(Langmuir-Blodgett)、等离子体增强化学镀、热沉积、电镀、喷射沉积、溅射涂覆、电子束蒸发、离子束蒸发、喷雾热解。
根据本发明的另一方面，提供管式电化学分离单元，其包括电串联排列的多个电化学池，其中所述管式电化学分离单元包括至少三个层：
-第一不连续层，所述第一不连续层包括被空间隔开的多个相继的管式模块，
-第二不连续层，所述第二不连续层包括被空间隔开的多个相继的管式模块，其排列成使得第一不连续层的管式模块部分地涂覆有第二不连续层的管式模块，
-第三不连续层，所述第三不连续层包括被空间隔开的多个相继的管式模块，其排列成使得第二不连续层包括部分地涂覆有第三不连续层的管式模块的管式模块，
其中所述管式电化学分离单元包括电串联排列的多个电化学池，和其中：
-电化学池的第三不连续层的管式模块与相邻电化学池的第一不连续层的管式模块接触，和
-所述电化学池的第三不连续层的管式模块还与所述相邻电化学池的第二不连续层的管式模块接触；
根据管式电化学分离单元的其它任选特征：
-所述管式电化学分离单元内的所述电化学池未通过电绝缘体和/或导电材料隔开，和/或所述管式电化学分离单元内的所述电化学池未通过焊接而组装，
-电化学池的第三不连续层的管式模块和相邻电化学池的第一不连续层的管式模块之间的接触为直接接触，
-所述管式电化学分离单元包括至少2个、优选地至少5个、更优选地至少10个电化学池。
-第一不连续层的两个相继的管式模块之间的空间填充有第二不连续层的管式模块，
-第二不连续层的两个相继的管式模块之间的空间填充有第三不连续层的管式模块，
-第一不连续层和第三不连续层为电极，
-第一不连续层为内部电极，
-第二不连续层为电化学分离膜，
-第三不连续层为外部电极；
根据本发明的另一方面，提供根据本发明的管式电化学分离单元用于分子物种的电化学分离的用途。
根据另一方面，提供用于制造根据本发明的管式电化学分离单元的系统，其中所述系统包括：
-配置成传送(推进，forward)至少一个层的传输手段，所述传输手段优选地排列成能够进行旋转运动
-配置成实现各层的管式连续或管式不连续沉积的沉积手段，和
-配置成根据预定和受控的时间-温度加热各层的加热手段。
现在将参照以下非限制性实例和附图限定本发明。
附图说明
由当结合附图考虑时的以下详细描述，本发明的前述和其它目的、特征和优点将变得更明晰，其中：
图1为显示根据现有技术并且包括使用电绝缘体和导电材料的多个连接体的电化学单元的示意图。
图2为显示根据现有技术并且包括三个层的电化学池的示意图。
图3为显示根据本发明实施方式的管式电化学分离单元的示意图。
图4为显示根据本发明实施方式的电化学池的示意图。
图5A为显示根据本发明的管式电化学分离单元的制造方法的一种具体实施方式的第一和第二步骤的示意图。
图5B为显示根据本发明的管式电化学分离单元的制造方法的一种具体实施方式的第三步骤的示意图。
图6为根据本发明的第一实施方式的用于制造管式电化学分离单元的系统的示意图。
图7为根据本发明第二实施方式的用于制造管式电化学分离单元的系统的示意图。
图8为根据本发明第一实施方式的用于制造管式电化学分离单元的系统的全局示意图。
具体实施方式
在以下描述中，“管式”意指，包括中空的伸长形状，该伸长形状具有如下形式或者由如下形式构成：管、管子、导管或管道。其可具有不同形状的横截面，但是优选为圆形的或圆柱形的。其长度、宽度和厚度可变化并且其可为柔性的或刚性的、在1个或2个末端处为开放的或者没有末端是开放的。
本发明意义内的《电化学池》包括至少2个电极(阳极和阴极)和电化学分离膜。在一种优选实施方式中，电化学池包括分别来自第一不连续层、第二不连续层和第三不连续层的三级管式模块。更优选地并且根据本发明，2个电极对应于第一不连续层和第三不连续层，甚至更优选地，阳极对应于第一不连续层，并且阴极对应于第三不连续层。
本发明意义内的措辞《单元》对应于被认为形成包括复杂排列的不可分割的整体的单个工件、或元件或实体。根据本发明的单元可由多个电化学池构成。
本发明意义内的表述《电串联》或“串联连接”或“串联的连接”对应于串联的电组件。串联连接对应于将电路中的2个或更多个部件连接，使得它们形成单个电流路径。因此，如果它们的连接没有分支的话，2个部件是串联连接的。串联连接的元件的数量是任意的。
根据本发明，措辞“电化学膜”或“电化学分离膜”可对应于基于电化学工艺分离至少两种物质的隔膜、或者所有手段或工具。优选地，所述膜对应于在至少2个电极(阳极和阴极)之间的层并且所述电化学分离膜可为用于电化学分离的在2个体积或隔室之间的分离离子和/或传输离子的选择性隔膜。更优选地并且根据本发明，所述电化学分离膜对应于第二不连续层。
本发明意义内的表述“不连续层”可对应于彼此间隔开的相继的管式模块，并且其中空间对应于2个相继的管式模块之间的空区域，所述空区域排列成填充有来自另一不连续层的管式模块材料。
措辞“相邻(的)”例如在涉及2个电化学池时意指，这些池共用共同的端点或边界。
表述“直接接触”描述了2个元件之间在没有中间物情况下接触，如例如在第二层和第一层之间直接接触。
本发明意义内的“部分地涂覆(的)”可对应于如下的不连续层的管式模块：其表面的小于100％、优选地小于99.9％、更优选地小于99.5％被另一不连续层的管式模块涂覆。然而，不连续层的管式模块的表面的大于80％、优选地大于90％、更优选地大于95％、甚至更优选地大于98％可被另一不连续层的管式模块涂覆。
在说明书的其余部分中，使用相同的附图标记来表示相同的元件。
如以下所解释的，图1显示现有技术的常规的串联连接的管式电化学单元，其中电化学池A、B、C、D包括三个层1、2、3并且其中各池由于电绝缘体4a和导电材料4b而与相邻池串联电接触以获得串联电连接。存在陶瓷焊缝5以改进该连接的紧密性。图2显示现有技术的包括三个层1、2、3的常规电化学池A。第一层1被第二层2完全涂覆，第二层2也被第三层3完全涂覆。相同电化学池的各层具有相同长度，例如在图2上所示的。该排列需要电绝缘体4a和导电材料4b以便使电流横穿各池。
然而，该串联排列是昂贵的，因为暗示着众多制造步骤和使用多种(个)元件或组分(部件)。进一步地，这样的排列也是在池的各连接处的故障和安全性风险(短路和泄漏)的来源，所述连接的数量使装置的可靠性随着该排列的尺寸增加而降低。换而言之，该实施方式不符合大规模制造要求，因为在能源和材料方面昂贵、可靠性差并且安全性问题增加。
本发明人已经开发了允许降低制造成本和故障风险并且改进可靠性的管式电化学分离单元的制造方法。实际上，本发明的管式电化学分离单元在电化学池之间的各连接点处不含作为添加剂或电绝缘体和导电材料的组分，从而允许设计没有现有技术的上述缺陷并且特别适合于大规模制造的长的管式电化学分离单元。所述用于制造管式电化学分离单元的方法允许串联电组件(组装)。
下文中将在气体的电化学分离的框架中描述本发明，应认为，本发明不限于气体和分离。本发明的管式电化学分离单元可以用各种液体或固体或等离子体并且在众多不同技术领域如过滤、纯化、气体制造、燃料电池中实施。
根据本发明的一个方面，提供如图3中所示的管式电化学分离单元40。
管式电化学分离单元40包括电串联排列的多个电化学池50,51，各电化学池包括至少三个层。
所述管式电化学分离单元40内的电化学池未通过电绝缘体和/或导电材料隔开。有利地，在另一实施方式中，所述管式电化学分离单元内的电化学池未通过焊接而组装。甚至更有利地，所述管式电化学分离单元中的电化学池未通过电绝缘体和/或导电材料隔开并且未通过焊接而组装。这允许降低制造成本和故障风险，和改进可靠性，并且允许设计特别适合于大规模制造的长的管式电化学分离单元。
管式电化学分离单元40可包括第一不连续层10。第一不连续层10包括被空间12隔开的第一层的多个相继的管式模块11。第一不连续层10为在管式模块11之间被空间12隔开的一系列的管式模块11。
第一不连续层10优选为内部电极。实际上，跨越管式电化学分离单元传输的电化学驱动力是包含第一不连续层在内施加的外部电压的结果。因此，管式电化学分离单元40设置有电极来将所引入的混合物分离、解离。
作为一个实例，第一不连续层10可为阳极。阳极可为正极，但是本发明不限于该构型并且该内部电极可为负极，诸如阴极。对本发明的电化学分离单元中使用的该材料没有特别限制，条件是为电活性的，例如在一种实施方式中，电极可通过经由本领域中已知的典型方法将电极活性材料粘结至电流发生器而制造。
因此，第一不连续层10允许电流通过管式电化学分离单元40。
在一种优选实施方式中，当将气体注入到管式电化学分离单元40中时所述气体流动通过第一不连续层10。
第一不连续层10包括陶瓷、导电聚合物、导电材料，其可选自，但是不限于：Ni、Fe、Pt、Pd、Ba、Sr、Y、Ca、Yb、Pr、Eu、Pr、In、Sc、Ce、Acc、O、Cu、Li、Al、Au、Ag、乙炔、乙炔黑、碳、炭黑或其混合物、及其盐、聚(对-亚苯基亚乙烯基)、聚苯胺、聚(对-亚苯基)、聚吡咯、聚噻吩、反式聚乙炔、及其掺杂混合物。
有利地，第一不连续层10的组成适应于待分离混合物，换而言之，材料的选择取决于设计、期望的活性以及与管式电化学分离单元的相容性。
另外，第一不连续层10可包括一些任选的添加剂例如造孔剂、乳化剂、粘结剂、流变改性剂、金属氧化物前体、导体。任选的添加剂允许根据待分离混合物而赋予第一不连续层以特定性质，或者允许改进其表面上的化学反应。可包括第一不连续层10的全部组分的0％-10％的任选的添加剂。
替代地，第一不连续层10是微孔的，从而允许气体扩散，并且分子可通过。
第一不连续层10是用本领域中已知的技术制造的，所述技术包含但不限于：挤出、共挤出、粉浆浇注、刮刀涂覆、喷涂、物理气相沉积、等离子体增强化学沉积、层合。这些沉积方法之后可为烧结或共烧制改进步骤以改性材料性质。
第一不连续层10可呈现出支持/促进化学物种的氧化还原反应以产生将迁移通过电化学分离单元的离子形式的能力。第一不连续层10使得实现了期望的所传输分子的氧化还原反应。第一不连续层10优选地允许将随着待分离混合物一起引入的分子选择性地氧化或还原并且对待分离的期望分子具有优选的氧化还原选择性。甚至更优选地，第一不连续层允许产生待分离分子或混合物的离子形式。
此外，第一不连续层10可呈现出2巴表压(代表巴表压力)-900巴表压、优选地10巴表压-450巴表压、和更优选地20巴表压-100巴表压的耐压性。第一不连续层10适应于不同的待分离混合物，并且特别是适应于显现压力的不同技术如纳滤或反渗透。有利地，管式形式的电化学分离单元允许更大的耐压性。
此外，第一不连续层10可呈现出25℃(代表摄氏度)-1000℃、优选地200℃-950℃的耐温性。这是有利的，尤其是当解离或分离反应吸热时，但是第一不连续层10也能够分离或解离热敏组分。第一不连续层10允许热管理。有利地，焦耳加热，也称作欧姆加热或电阻加热，是电流在导体中的通过释放热量的过程。在本发明中，在所述分离单元的操作期间的欧姆损耗将导致焦耳加热。该过程中产生的热可用于提供重整工艺所需要的热。
有利地，第一不连续层10即使在高温下在化学苛刻的条件下也是稳定的。
而且，第一不连续层10可具有0.1Ωcm2(代表欧姆/平方厘米)-2.0Ωcm2、例如0.2Ω/cm2-1.5Ωcm2的面积比电阻。所施加的电流密度可为100mA/cm2(代表毫安/平方厘米)-650mA/cm2、例如250mA/cm2-500 mA/cm2。
有利地，第一不连续层10由多个相继的管式模块11组成，如图3上所示。管式模块11为第一层的一部分。第一不连续层10为作为11-12-11-12的图案的重复，其中11为第一层的管式模块或者一部分并且12为未被第一层的(即管式模块11的)材料填充的区域或空间。图案11-12-11-12允许提供不连续层并且更具体地第一不连续层10。
第一不连续层10可包括2个管式模块、5个管式模块、优选地10个管式模块、更优选地15个管式模块和甚至更优选地20个管式模块。
替代地，所述管式模块包括多个孔，并且第一不连续层为微孔的。
第一不连续层10的管式模块11中的孔的平均尺寸没有特别限制，其优选为小于或等于100μm(代表微米)、优选地小于50μm、更优选地小于10μm和最优选地0.005μm-1μm。孔的尺寸取决于待分离混合物，并且本领域技术人员将知晓哪个将是合适的。
第一不连续层10的厚度由管式模块11的厚度限定。第一不连续层10的厚度可为100μm-2mm(代表毫米)、优选地500μm-2mm、更优选地500μm-1.5mm。
第一不连续层10的长度可为至少50cm、优选地至少100cm、更优选地至少150cm(代表厘米)和甚至更优选地200cm。管式模块11可本身具有25mm-150mm的长度。
在一种具体实施方式中，当具有圆形横截面的管式电化学分离单元时，第一不连续层具有1mm-50mm的内部维度(即直径)。
在一种具体实施方式中，第一不连续层的各相继的管式模块11之间的空间12可为0.5mm-50mm、更优选地1mm-5mm。
管式电化学分离单元40可包括第二不连续层20。第二不连续层20包括被空间22隔开的第二层的多个相继的管式模块21，使得第一不连续层10包括部分地涂覆有第二不连续层20的管式模块的管式模块11。优选地，第一不连续层10的各管式模块11包括不大于15％、更优选地不大于10％和甚至更优选地不大于5％未被第二不连续层的管式模块21涂覆。然而，第一不连续层10的各管式模块11未被第二不连续层完全涂覆。因此，第一不连续层10的各管式模块11包括不大于99.9％被第二不连续层的管式模块21涂覆，更优选地不大于99.5％和甚至更优选地不大于99％被第二不连续层的管式模块21涂覆。
第二不连续层20与横穿其的离子或分子的传输和迁移相容。因此，第二不连续层可具有至少两种性质：分子或离子的传导体，和电导体。有利地，第二不连续层20为电化学膜和更优选地电化学分离膜。
第二不连续层20优选为离子传导性电化学层、和更优选地氢或氧或硫根(硫化物)传输电化学层、和甚至更优选地质子传输电化学层。
如果所述层材料是电学上惰性的并且随着温度和化学反应而稳定的，是优选的。
在其中本发明的管式电化学分离单元的电化学池致力于分离气态混合物的一种具体实施方式中,第二不连续层20可在高于或等于100℃的温度下使用。因此，优选的是，第二不连续层20具有高于或等于100℃的耐热性。
第二不连续层20可包括选自如下的至少一种组分：金属氧化物、混合金属氧化物、La、Ba、Sr、Ca、Ce、Zr、Ti、In、Tb、Th、Y、Yb、Gd、Pr、Sc、Fe、Eu、Sm或Cr或其混合物。第二不连续层20还可包含掺杂的离子或分子。第二不连续层20可包括金属混合氧化物钙钛矿BaZrO3掺杂的钇或者钙钛矿CaCeO3掺杂的钇以及它们分别的复合物-陶瓷氧化物和纳米复合物材料例如镧系元素铌酸盐和钨酸盐、氧化钇稳定的氧化锆、碳酸根离子传导性膜、H2S、ZnO/传导性(导电)陶瓷纳米复合物、聚合物和优选地导电聚合物例如聚噻吩类、聚苯胺类、聚吡咯类、和聚乙炔。
第二不连续层20将第一不连续层10处的反应与第三不连续层30分开。优选地，第二不连续层20允许选择性地传输来自在第一不连续层10处发生的解离的离子或分子。第二不连续层20改进或参与通过本发明的管式电化学分离单元处理的混合物的物种的解离和分离。
第二不连续层20包含对于与来自第一不连续层10的离子或分子一起使用而言合适的性质：机械功、金属加工、电功、热、化学动力学、传导性。
在使用气体情况下的一个实施方式中，第二不连续层20适应于气体分离，换而言之所述第二不连续层20对于待通过气态混合物的分离而选择的气体组分不具有气体阻力。
理想地，第二不连续层20传输离子并且其传导性为至少1.10-3S/cm(代表西门子/厘米)、尤其是5.10-3S/cm。
有利地，第二不连续层20由多个相继的管式模块21组成。管式模块21为第二层的一部分。第二不连续层20为作为21-22-21-22的图案的重复，其中21为第二层的管式模块或一部分并且22为未被第二层的材料(即管式模块21的物质)填充的区域或空间。图案21-22-21-22允许提供不连续层并且更具体地第二不连续层20。
第二不连续层20可包括2个管式模块、5个管式模块、优选地10个管式模块、更优选地15个管式模块和甚至更优选地20个管式模块。
第二不连续层20的厚度由管式模块21的厚度限定。第二不连续层20的厚度可为100μm-2mm、优选地200μm-2mm、更优选地500μm-1.5mm。
替代地，第二不连续层在其组成中包括多个孔。第二不连续层20的管式模块21中的孔的平均尺寸没有特别限制，其优选为小于或等于100μm、优选地小于50μm、更优选地小于10μm和最优选地0.005μm-1μm。孔的尺寸取决于待分离混合物，并且本领域技术人员将知晓哪个是合适的。替代地，第二不连续层20中形成的孔可具有1nm(代表纳米)-100nm或5nm-80nm的直径。
第二不连续层20的长度可为至少50cm、优选地至少100cm、更优选地至少150cm和甚至更优选地至少200cm。第二不连续层20的管式模块21可本身具有25mm-150mm的长度。
在一种具体实施方式中，第二不连续层20的各相继的管式模块21之间的空间22可为0.5mm-50mm、更优选地1mm-5mm。
管式电化学分离单元40可包括第三不连续层30。第三不连续层30包括被空间32隔开的第三层的多个相继的管式模块31，使得第二不连续层20的管式模块21部分地涂覆有第三不连续层30的管式模块31。优选地，第二不连续层20的各管式模块21包括不大于15％、更优选地不大于10％和甚至更优选地不大于5％未被第三不连续层的管式模块31涂覆。然而，第二不连续层20的各管式模块21未被第三不连续层完全涂覆。因此，第二不连续层20的各管式模块21包括不大于99.9％被第三不连续层的管式模块31涂覆，更优选地不大于99.5％和甚至更优选地不大于99％被第三不连续层涂覆。
更优选地，电化学池50的第三不连续层30的管式模块31与相邻电化学池51的第一不连续层10的管式模块11接触。此外，在一种优选实施方式中，电化学池50的第三不连续层30的管式模块31还与相邻电化学池51的第二不连续层20的管式模块21接触。
第三不连续层30优选为外部电极。实际上，跨越管式电化学分离单元的膜传输的电化学驱动力为所施加通过所述膜(即包含第一不连续层10和第三不连续层30在内)的外部电压的结果。因此，管式电化学分离单元设置有电极以将引入所述分离单元内的混合物分离、解离。
作为实例，第三不连续层30可为阴极。阴极可为负极，但是本发明不限于该构型并且该外部电极也可为正极例如阳极。构型取决于待分离物种并且条件是，对电极(即第一层)被相应地限定以允许电化学分离。对在本发明的电化学分离单元中使用的材料没有特别限制，条件是为电活性的，例如在一种实施方式中，电极可通过经由本领域中已知的典型方法将电极活性材料粘结至电流发生器而制造。例如，阴极的活性材料可包含，作为非限制性实例，可用于常规电化学电池的阴极中的通常的阴极活性材料，特别是锂锰氧化物、锂钴氧化物、锂镍氧化物、锂铁氧化物、或其锂复合氧化物。
因此，第三不连续层30允许电流通过所述电化学分离单元。
第三不连续层30可包括陶瓷、导电材料，可选自，但是不限于：Ni、Fe、Pt、Pd、Ba、Sr、Y、Ca、Yb、Pr、Eu、Pr、In、Sc、Ce、Acc、O、Cu、Li、Al、Au、Ag、乙炔、乙炔黑、碳、炭黑或其混合物、及其盐。有利地，第三不连续层30的组成适应于待分离混合物，换而言之，金属的选择取决于设计、期望的活性以及与所述管式电化学单元的相容性。
另外，第三不连续层30可包括一些任选的添加剂例如造孔剂、乳化剂、粘结剂、流变改性剂、金属氧化物前体、导体。任选的添加剂允许根据待分离混合物而赋予第三不连续层30以特定性质。可包括第三不连续层30的全部组分的0％-10％的任选的添加剂。第三不连续层30优选为导电的，允许气体扩散，并且分子/离子可通过。
第三不连续层30用本领域中已知的技术制造，所述技术包含但不限于：挤出、共挤出、粉浆浇注、刮刀涂覆、喷涂、物理气相沉积、等离子体增强化学沉积、层合。这些沉积方法之后可为烧结或共烧制改进步骤以改性材料性质。替代地，第三不连续层30是微孔的。
一旦在管式电化学分离单元中，气体、液体、固体或等离子体被分离，然后仅一种分子或离子横穿第二不连续层20并且最终进入第三不连续层30中以被移除。在一种优选实施方式中，气体在它们被注入管式电化学分离单元中时流入第一不连续层10的内部，并且被分离，然后仅一种分子或离子横穿第二不连续层20并且最终进入第三不连续层30中以被移除。可收集到达第三层的物种或者保留在所述管中的物种。
第三不连续层30可呈现出支持/促进化学物种的氧化还原反应以将离子物种复合的能力。第三不连续层30使得实现了所传输分子的氧化还原反应，并且优选地允许将离开第二不连续层20的分子或离子缔合。
此外，第三不连续层30可呈现出与第一不连续层10类似的耐压性、耐温性和面积比电阻。
第三不连续层30适应于不同的混合物传输，以及适应于显现压力的不同技术如纳滤或反渗透。此外，第三不连续层30使得实现了热管理，并且第三不连续层30即使在高温下在化学苛刻的条件下也是稳定的。
有利地，第三不连续层30由多个相继的管式模块31组成。管式模块31为第三层的一部分。像第一和第二不连续层那样，第三不连续层30同样为在第三层的管式模块31和空的空间32之间切换的图案31-32-31-32的重复。
第三不连续层30可包括2个管式模块、5个管式模块、优选地10个管式模块、更优选地15个管式模块和甚至更优选地20个管式模块。替代地，所述管式模块包括多个孔，并且第三不连续层是微孔的。与第一不连续层10的管式模块中的孔的平均尺寸相同者应当适用于第三不连续层30。第三不连续层30的管式模块31中的孔的平均尺寸没有特别限制，其优选为小于或等于100μm、优选地小于50μm、更优选地小于10μm和最优选地0.005μm-1μm。孔的尺寸取决于待分离混合物，并且本领域技术人员将知晓哪个是合适的。
第三不连续层30的厚度可与第一不连续层10类似或不同。然而，第三不连续层的厚度由管式模块31的厚度限定。第三不连续层30的厚度可为100μm-2mm、优选地200μm-2mm、更优选地500μm-2mm和甚至更优选地500μm-1.5mm。
对于第三不连续层30的长度，情况也是如此，所述长度可与第一不连续层10的长度相同。同样应适用于在第一和第三层之间的管式模块的长度。第三不连续层30的长度可为至少50cm、优选地至少100cm、更优选地至少150cm和甚至更优选地至少200cm。管式模块31可本身具有25mm-150mm的长度。
在一种具体实施方式中，第三不连续层的各相继的管式模块31之间的空间32可为0.5mm-50mm、更优选地1mm-5mm。
根据本发明的一种实施方式，优选的是，从第二不连续层20至第一和第三不连续层的距离尽可能小，优选不大于15mm和更优选小于5mm。
有利地，管式电化学分离单元40包括电串联排列的多个电化学池50,51并且其中电化学池50的第三不连续层30的管式模块31与相邻电化学池51的第一不连续层的管式模块11接触。优选地，电化学池50的第三不连续层30的管式模块31和相邻电化学池51的第一不连续层10的管式模块11之间的接触为直接接触。换而言之，在该位置处，如果在第一不连续层10和第三不连续层30之间不存在中间层或材料的话更好。
有利地，该直接接触是在第一不连续层的各管式模块11的仅一部分和第三不连续层30的各管式模块31的仅一部分上进行的。优选地，第一不连续层的各管式模块11的该仅一部分对应于第一不连续层10的各管式模块11的未被第二不连续层的管式模块涂覆的部分。更优选地，该直接接触是在第一不连续层的各管式模块11上进行的。第一不连续层的各管式模块11的仅15％、更优选地第一不连续层10的各管式模块11的10％和甚至更优选地第一不连续层的各管式模块11的仅5％与第三不连续层30的管式模块31直接接触。
有利地，该直接接触为电接触和更优选地直接电接触。在一种特别有利的方式中，这允许2个相邻电化学池的第一不连续层10和第三不连续层30之间的电连续性以及相邻电化学池的串联电连接。使用该排列，不再需要焊接，不再需要用于获得串联电连接的电绝缘体和导电材料。根据本发明的该特定排列允许降低制造成本，以及降低故障风险。
有利地，电化学池50的第三不连续层30的管式模块31和相邻电化学池51的第一不连续层10的管式模块11之间的直接接触允许改进管式电化学分离单元40的长度。此外，该排列允许多个电化学分离单元处于相同的围壳中，同时占据更少空间。
更有利的，电化学池50的第三不连续层30的管式模块31和相邻电化学池51的第一不连续层10的管式模块11之间的直接接触允许串联功率连接和串联电连接。该连接允许始终沿着管式电化学分离单元40的串联功率和电连接。
由于电化学池50的第三不连续层30的管式模块31和相邻电化学池51的第一不连续层10的管式模块11之间的直接接触，可靠性提高。
此外，该特定排列允许降低所用材料的成本和降低制造步骤的数量和制造成本。
由于本发明，可制造在相同管内具有串联电接触的多个电化学池。
本发明的另一优点是，管式电化学分离单元40可用于所有领域的分离和优选地电化学分离中。例如，本发明将与燃料电池一起使用。
在一个实施方式中,管式电化学分离单元40包括多个管式电化学池。如图4上所示的一个管式电化学池50可包括至少三个层，其优选地由如以上所公开的第一不连续层10、第二不连续层20和第三不连续层30形成，和更优选地，一个电化学池50,51包括第一不连续层10的一个管式模块11、第二不连续层20的一个管式模块21和第三不连续层30的一个管式模块31。
各不连续层可包括多个管式模块11、21、31。
在一种实施方式中，电化学池50的第三不连续层30的管式模块31和相邻电化学池51的第一不连续层10的管式模块11之间的接触为直接接触。
由于电化学池50的第三不连续层30的管式模块31和相邻电化学池51的第一不连续层10的管式模块11之间的直接接触，可靠性提高。
优选地，电化学池50的第三不连续层30的管式模块31还与相邻电化学池51的第二不连续层20的管式模块21接触。这是为了提供第三不连续层30和第二不连续层20之间的连续性以改进待分离混合物的传输和分离。
由于不连续层的管式模块的该特定排列，不再需要电绝缘体和导电材料并且制造成本降低。因此，管式电化学分离单元40的长度可大于现有电化学分离单元并且具有良好的可靠性和安全性。
根据本发明的另一实施方式，管式电化学分离单元40可具有5mm-50mm、优选地5mm-25mm和更优选地5mm-10mm的内径。减小的内径允许气体更好的流通。管式电化学分离单元40的外径取决于这三个层的厚度并且可为至少5.6mm。
有利地，管式电化学分离单元40可包括至少2个、优选地5个、更优选地10个、和甚至更优选地大于10个电化学池。
根据本发明的另一方面，提供用于制造管式电化学分离单元40的方法100，所述管式电化学分离单元包括电串联排列的多个电化学池50,51，各电化学池包括至少三个层，如图5A和5B中所示。
所述方法包括第一层的沉积步骤110，如图5A上所示。实现沉积步骤110以形成第一不连续层10。第一不连续层10包括被空间12隔开的多个相继的管式模块11。
第一不连续层10可沉积在载体6上。替代地，本发明的管式单元11是自支撑的。
载体6可具有任何形状或几何结构，如正方形、矩形、管式的、圆柱形的、平面的、和曲线的。优先地，所述载体为圆柱形的或管式的。
载体6可为惰性的、多孔的、与第一不连续层10化学相容的、与第一不连续层10机械相容的、牺牲性的或者甚至为模具。
载体6可包含适合用作用于第一不连续层10的载体的任何多孔金属材料。所述多孔金属材料可选自本领域中已知的任何材料。有利地，载体6可包括金属氧化物、不锈钢、碳钢、陶瓷、氧化铝、多孔氧化铝、纤维素、泡沫、聚合物、及其任意组合。载体6还可包含另外的金属如Ni、Mo、Mn、Si、SiC及其任意组合。
有利地，所述载体耐热膨胀。具有模具的载体更容易与本发明一起使用。优选地，本发明使用具有模具的载体并且有利地所述模具可为在其内部表面中结构化的模具以使气体更好流通和扩散。优选地，根据本发明的气体的流通遵循层流。
载体6的厚度、孔隙率、和孔的孔尺寸分布是为了提供如下分离膜而选择的性质：其具有所述分离膜的制造过程中所需要的期望性质。用于典型应用的载体6的厚度可为0.001mm-25mm、优选地1mm-15mm、和更优选地2mm-10mm。优选地，载体6的厚度可对应于内径。内径可为5mm-50mm、优选地5mm-25mm和更优选地5mm-10mm。
所述多孔金属载体的孔隙率可在所述多孔金属载体材料的0.01-1.0的范围内(即非实心的和实心的)。
载体6可具有允许施加第一不连续层10的外部表面。替代地，载体6可为非导电性的(非传导性的)。换而言之，所述载体可以这样的方式促进表面与气体的接触：在本发明的一种具体实施方式中，第一不连续层10和载体6形成一个单一实体。
替代地，载体6可为牺牲性载体、临时载体。
根据本发明的方法可包括处理所述载体的步骤。处理可提供分离性质、渗透性和抑制脱水。
优先地，载体6的表面张力可与第一不连续层10相容，从而降低界面阻力(电阻)。载体6的表面可为初步的、中和的或者准中和的。
在第一不连续层10(在载体上或者自支撑的)沉积步骤110之后，根据本发明的方法100可包括第一不连续层10的中间处理的步骤。这些处理包含化学处理或物理处理。
这些处理允许改进第一不连续层10的性质或者改进促进所述方法的其它步骤的性质。
根据本发明的方法100可包括第二层的沉积步骤120，如图5A上所示。实现沉积步骤120以形成第二不连续层20。第二不连续层20包括被空间22隔开的多个相继的管式模块21，使得第一不连续层10的管式模块11部分地涂覆有第二不连续层20的管式模块21。优选地，实现第二不连续层的沉积步骤120，使得第一不连续层10的各管式模块11包括不大于15％、优选地不大于10％、更优选地不大于5％和甚至更优选地不大于1％未被第二不连续层涂覆。然而，第一不连续层10的各管式模块11未被第二不连续层完全涂覆。因此，第一不连续层10的各管式模块11包括不大于99.9％被第二不连续层的管式模块21涂覆，更优选地不大于99.5％和甚至更优选地不大于99％被第二不连续层的管式模块21涂覆。
根据一种实施方式，在第一不连续层10的表面上进行第二不连续层20的沉积步骤120。
有利地，实现第二不连续层20的沉积步骤120，使得第一不连续层10的两个相继的管式模块11部分地涂覆有第二不连续层20的管式模块21。
有利地，实现第二不连续层20的沉积步骤120，使得第一不连续层10的两个相继的管式模块11之间的空间12填充有第二不连续层20的管式模块21。
这是为了提供第一不连续层10和第二不连续层20之间的连续性以改进待分离混合物的传输和分离。
优选地，实现第二层的沉积步骤120，使得第一不连续层10与第二不连续层20直接接触。换而言之，如果在第一和第二不连续层之间不存在中间层的话会更好。不过，根据待分离混合物可存在中间层，以提升第一和/或第二不连续层的性能。
根据本发明的方法可包括第三层的沉积步骤130，如图5B上所示。实现沉积步骤130以形成第三不连续层30。第三不连续层30包括被空间32隔开的多个相继的管式模块31，使得第二不连续层20的管式模块21部分地涂覆有第三不连续层30的管式模块31。
所述沉积步骤导致电串联排列的电化学池的形成，其中电化学池50的第三不连续层30的管式模块31与相邻电化学池51的第一不连续层10的管式模块11接触。
有利地，所述沉积步骤导致电串联排列的电化学池的形成，其中所述电化学池50的第三不连续层30的管式模块31还与所述相邻电化学池51的第二不连续层20的管式模块21接触。
根据本公开内容的一种实施方式，第三不连续层30的沉积步骤130在第一不连续层10和第二不连续层20的表面上进行。根据本发明，当本发明涉及第三不连续层30时，措辞“表面”意指第一和第二不连续层10,20的外部部分和更优选地外部且上部侧。此外，优选的是，第二不连续层20排列在第一和第三不连续层10,30之间。
有利地，实现沉积步骤130，使得第二不连续层20的两个相继的管式模块21部分地涂覆有第三不连续层30的管式模块31。优选地，第二不连续层20的各管式模块21包括不大于15％、优选地不大于10％、更优选地不大于5％和甚至不大于1％未被第三不连续层涂覆。然而，第二不连续层20的各管式模块21未被第三不连续层完全涂覆。因此，第二不连续层20的各管式模块21包括不大于99.9％被第三不连续层的管式模块31涂覆，更优选地不大于99.5％和甚至更优选地不大于99％被第三不连续层涂覆。
有利地，实现沉积步骤130，使得第二不连续层20的两个相继的管式模块21之间的空间22填充有第三不连续层30的管式模块31。
这是为了提供第二不连续层20和第三不连续层30之间的连续性以改进待分离混合物的传输和分离。
在根据本发明的一种优选实施方式中，实现沉积步骤，使得第二不连续层20与第三不连续层30直接接触。更优选地，第一不连续层10与第三不连续层30直接接触。实际上，在第一和第三不连续层10,30的接触处，不存在中间物。
更准确地，第一不连续层10和第三不连续层30之间的接触包括电化学池50的第三不连续层30的管式模块31和相邻电化学池51的第一不连续层10的管式模块11之间的接触。更优选地，该直接接触是在第一不连续层的各管式模块11上进行的并且第一不连续层的各管式模块11的仅15％、优选地第一不连续层10的各管式模块11的10％、更优选地第一不连续层的各管式模块11的仅5％和甚至更优选地第一不连续层的各管式模块11的仅1％与第三不连续层30的管式模块31直接接触。
因此，电化学池50的第三不连续层30的管式模块31和相邻电化学池51的第一不连续层10的管式模块11之间的接触为直接接触。有利地，该直接接触为电接触和更优选地直接电接触。在一种特别有利的方式中，这允许电化学池50的第一不连续层10和相邻电化学池51的第三不连续层30之间的电连续性。
此外，该特定排列允许降低制造工艺中的步骤的数量，以及降低所用材料的成本。
由于本发明，可制造具有串联电接触的多个管式电化学分离单元。
根据本发明的另一实施方式，实现沉积步骤130，使得电化学池50的第三不连续层30的管式模块31还与相邻电化学池51的膜的第二不连续层20的管式模块21接触。这是为了提供第二不连续层20和第三不连续层30之间的连续性以改进待分离混合物的传输和分离。
如已经描述的，根据本发明的方法可包括第一不连续层10的沉积步骤110、第二不连续层20的沉积步骤120和第三不连续层30的沉积步骤130。
本发明在于以偏移方式沉积各层以产生管式电化学分离单元40的串联排列并且允许电流从一个电化学池的内部电极送至相邻电化学池的外部电极。
所述沉积工艺可选自，但是不限于挤出、共挤出、粉浆浇注、注射模塑、带式浇注、喷涂、旋涂、棒涂、模涂、刮涂、气刀涂覆、辊涂、凹版涂覆、浸涂、喷墨印刷、丝网印刷、化学气相沉积、物理气相沉积、朗缪尔-布罗杰特、原子层沉积、等离子体增强化学沉积、蒸发沉积、溅射、分子束外延、脉冲激光沉积、电流体动力学、化学镀、热沉积、电镀、喷射沉积、溅射涂覆、电子束蒸发、离子束蒸发、喷雾热解。
层的沉积可通过在时间上和/或在单独区域中的相继的步骤操作。
根据一种实施方式，所述沉积步骤为以区域顺序的。
在此情况下，可使用胶带(带)来隐藏下部层的一部分。随后将该胶带移除以形成不连续层。被所述胶带隐藏的部分形成2个相继的管式模块之间的空间，通过不存在所述胶带而形成管式模块。
在使用载体的实施方式中，第一不连续层10的沉积是在载体6上安置胶带的情况下进行的。
在没有载体、或者自支撑的实施方式中，将胶带安置在圆柱上，所述圆柱为放置在注射区下面的圆柱，从而允许形成不连续层。
当形成第一不连续层10时，将胶带安置在第一不连续层10上，从而允许形成第二不连续层20。
替代地，可将胶带用掩模、管子、或者允许隐藏下部层的任何其它手段代替。
替代地，可将胶带用其它方法代替，所述方法选自,但是不限于激光烧蚀、蚀刻、激光蚀刻、气体化学、化学蚀刻、等离子体蚀刻、湿法蚀刻、或物理蚀刻、空气、CO2、水、离子束、辐照。
根据本发明的另一实施方式，沉积步骤为以时间顺序的。
该顺序的沉积可以如下方式进行：其在于在使圆柱在注射区下面行进期间停止层的沉积以允许连续形成层的所沉积管式模块和空的空间。
有利地，本发明既不包括沉积在两个相邻的管式电化学池之间的电绝缘体，也不包括沉积在两个相邻的管式电化学池之间的导电材料。
所述方法可包括在各沉积之间的中间步骤，所述中间步骤包括化学或物理处理。所述中间步骤可发生在第一不连续层10的沉积之前(所述载体的处理)，在第二不连续层20的沉积之前或者在第三不连续层30的沉积之前。例如，这些沉积步骤之后可为烧结或共烧制。
根据本发明的方法100可包括移除载体6的步骤140，如图5B中所示。
在使用载体6的实施方式中，当沉积了所有层时，可将所述载体移除。
移除技术可选自烧除、规定烧除、受控烧除、和热解，或者更容易的，在使用模具的实施方式中，通过移除模具。优选地，将所述载体移除，但是在其它实施方式中，可将所述载体保持，以此方式，所述载体为多孔的且不导电的。
根据本发明的另一方面，提供管式电化学分离单元40用于分子物种的电化学分离的用途。
分子物种可对应于不同状态如气态、液体、固体。
如公开的管式电化学分离单元40可用作电化学装置。其中可采用根据本发明的管式电化学分离单元40的电化学装置的非限制性实例可包含隐含电化学反应的任何装置。特别地，例如，所有类型的一次电池、二次电池、燃料电池、太阳能电池、或电容器例如超级电容器、分离、过滤、重整、和处理装置。
根据另一实施方式，本发明涉及用于制造管式电化学分离单元40的系统200，如图6或图8中所示。
有利地，根据本发明的系统允许在线连续制造管式电化学分离单元40而无需频繁搬运(handling)。
所述系统可包括配置成传送至少一个层的传输手段210。
有利地，所述传输手段配置成传送载体6和/或第一层和/或第二层和/或第三层。优选地，所述传输手段配置成传送载体6和/或第一不连续层10和/或第二不连续层20和/或第三不连续层30。
所述传输手段可对应于滚动和旋转的任何惯常手段例如辊、圆柱、臂、隧道、轮子。优选地，所述传输手段旋转，从而允许形成管式结构。替代地，所述传输手段可对应于旋转浸渍装置。
传输(transit)时间短并且很少暴露于光或空气。
有利地，所述传输手段根据预定速度配置，可包括各种因素如时间、距离、层的长度、层的厚度。
优选地，所述传输手段处于运动之中并且是连续的(如在图6中通过黑色箭头所示的)。然而，所述传输手段可配置成使运动和停止交替。
根据本发明的系统可包括沉积手段220。优选地，所述系统包括用于各层的多个沉积手段，但是所述系统不限于该实施方式并且可包括仅一个沉积手段。根据该方式，传输时间将更长。在不同层的各沉积之间必须洗涤所述沉积手段。
根据使用旋转浸渍装置的实施方式，所述沉积手段可对应于包括各层的材料的罐。第一罐包括第一层的材料，第二罐包括第二层的材料并且第三罐包括第三层的材料。
根据一种优选实施方式，所述系统包括第一不连续层的并且特别是针对被空间12隔开的第一不连续层的多个管式模块11的一个或多个沉积手段220。优选地，沉积手段220配置成实施第一不连续层的步骤110，如以下解释的。
同样，所述系统可包括第二不连续层的并且特别是针对被空间22隔开的第二不连续层的多个管式模块21的沉积手段221。优选地，沉积手段221配置成实施第二不连续层的步骤120，如以下解释的。
对于第三不连续层的并且特别是针对被空间32隔开的第三不连续层的多个管式模块31的沉积手段222，情况也是如此。优选地，沉积手段222配置成实施第三不连续层的步骤130，如以下解释的。所述沉积手段可在空间上或者就区域而言相等地隔开，如以下解释的。
所述沉积手段可配置成进行管式不连续沉积，使模块的沉积和沉积的停止根据预定时间(对应于各模块之间的空间)交替。替代地，所述沉积手段可包括掩模，其配置成在不连续层的两个相继的管式模块之间产生空间，如以下解释的。根据另一实施方式，所述沉积手段可配置成实现各层的管式连续沉积(如图7中所示)。
所述沉积手段可被预先程序化以在预定时期内产生管式连续或管式不连续沉积物。
所述沉积手段可对应于挤出、共挤出、粉浆浇注、注射模塑、带式浇注、喷涂、旋涂、棒涂、模涂、刮涂、气刀涂覆、辊涂、凹版涂覆、浸涂、喷墨印刷、丝网印刷、化学气相沉积、物理气相沉积、朗缪尔-布罗杰特、原子层沉积、等离子体增强化学沉积、蒸发沉积、溅射、分子束外延、脉冲激光沉积、电流体动力学、化学镀、热沉积、电镀、喷射沉积、溅射涂覆、电子束蒸发、离子束蒸发、喷雾热解。
优选地，所述沉积手段在所述传输手段上方。所述传输手段配置成根据预定时间而在各层的沉积手段下面或之间停止。根据使用旋转浸渍装置的实施方式，所述沉积手段在所述传输手段(即所述旋转浸渍装置)下方。所述旋转浸渍装置配置成对于各层而言在各罐(即，沉积手段)中旋转，直至预定的厚度。
根据本发明的系统还可包括一个或多个加热手段230。
所述加热手段配置成根据预定和受控的时间-温度加热各层。这取决于层的厚度、层的长度以及所需要的机械、化学和物理性质。优选地，所述加热手段配置成在不连续层的各沉积之间根据预定和受控的时间-温度加热各不连续层和特别是模块。优选地，所述传输手段配置成对于各层而言根据预定的时间在所述加热手段下面停止。所述温度可为600℃-1800℃、优选地1500℃-1650℃。
加热手段的温度可在层的各沉积之间改变。
所述加热手段可为烘箱、炉子、窑、干燥器、加热室、醒发箱(proofer)。优选地，所述加热手段为烘箱。
根据其中所述沉积手段可配置成实现各层的连续沉积的实施方式(图7上所示)，所述加热手段可与移除手段(未示出)联用。所述移除手段配置成移除所述连续层的一部分以形成所述不连续层和更特别地，以形成各层的空间12,22,32。
在另一方式中，所述移除手段与所述加热手段分开。在此情况下，优选地，移除手段排列在所述加热手段之后。
移除手段可对应于蚀刻、和优选地化学蚀刻、或者本领域技术人员已知的配置成移除层的材料的任何其它手段。
根据一种实施方式，系统200可包括管式电化学分离单元收取手段(未示出)。这样的管式电化学分离单元收取手段可为本领域技术人员已知的任何手段。
这样的管式电化学分离单元收取手段允许收取所制造的管式电化学分离单元40。
优选地，管式电化学分离单元收取是在传输手段210的末尾处。
根据本发明的一种实施方式，系统200配置成实施用于制造管式电化学分离单元40的方法100。

Claims (19)

1.用于制造管式电化学分离单元(40)的方法(100)，所述管式电化学分离单元(40)包括电串联排列的多个电化学池(50,51)，所述管式电化学分离单元包括至少三个层，所述方法包括：
-第一层的沉积步骤(110)，实现所述沉积以形成第一不连续层(10)，所述第一不连续层包括被空间(12)隔开的多个相继的管式模块(11)，
-第二层的沉积步骤(120)，实现所述沉积以形成第二不连续层(20)，所述第二不连续层(20)包括被空间(22)隔开的多个相继的管式模块(21)，使得第一不连续层的管式模块(11)部分地涂覆有第二不连续层(20)的管式模块(21)，
-第三层的沉积步骤(130)，实现所述沉积以形成第三不连续层(30)，所述第三不连续层(30)包括被空间(32)隔开的多个相继的管式模块(31)，使得第二不连续层(20)的管式模块(21)部分地涂覆有第三不连续层的管式模块，
-所述沉积步骤(110,120,130)导致电串联排列的电化学池的形成，其中电化学池(50)的第三不连续层(30)的管式模块(31)与相邻电化学池(51)的第一不连续层(10)的管式模块(11)接触，
-和其中所述电化学池(50)的第三不连续层(30)的管式模块(31)还与所述相邻电化学池(51)的第二不连续层(20)的管式模块(21)接触。
2.根据权利要求1的用于制造管式电化学分离单元(40)的方法(100)，其中实现第二层的沉积步骤(120)，使得第一不连续层(10)的两个相继的管式模块(11)部分地涂覆有第二不连续层(20)的管式模块(21)。
3.根据权利要求1或2的用于制造管式电化学分离单元(40)的方法(100)，其中实现第三层(30)的沉积步骤(130)，使得第二不连续层(20)的两个相继的管式模块(21)部分地涂覆有第三不连续层(30)的管式模块(31)。
4.根据前述权利要求任一项的用于制造管式电化学分离单元(40)的方法(100)，其中实现第二层的沉积步骤(120)，使得第一不连续层(10)的两个相继的管式模块(11)之间的空间(12)填充有第二不连续层(20)的管式模块(21)。
5.根据前述权利要求任一项的用于制造管式电化学分离单元(40)的方法(100)，其中实现第三层的沉积步骤(130)，使得第二不连续层(20)的两个相继的管式模块(21)之间的空间(22)填充有第三不连续层(30)的管式模块(31)。
6.根据前述权利要求任一项的用于制造管式电化学分离单元(40)的方法(100)，其中层的沉积过程通过在时间上和/或在单独区域中的相继的步骤操作。
7.根据前述权利要求任一项的用于制造管式电化学分离单元(40)的方法(100)，其中层的沉积工艺选自挤出、共挤出、粉浆浇注、注射模塑、带式浇注、喷涂、化学气相沉积、物理气相沉积、刮刀、原子层沉积、等离子体增强化学气相沉积、蒸发沉积、溅射、分子束外延、脉冲激光沉积、电流体动力学旋涂、棒涂、模涂、刮涂、气刀涂覆、辊涂、凹版涂覆、浸涂、喷墨印刷、丝网印刷、朗缪尔-布罗杰特、等离子体增强化学镀、热沉积、电镀、喷射沉积、溅射涂覆、电子束蒸发、离子束蒸发、喷雾热解。
8.管式电化学分离单元(40)，其包括电串联排列的多个电化学池(50,51)，其中所述管式电化学分离单元包括至少三个层：
-第一不连续层(10)，所述第一不连续层包括被空间(12)隔开的多个相继的管式模块(11)，
-第二不连续层(20)，所述第二不连续层包括被空间(22)隔开的多个相继的管式模块(21)，其排列成使得第一不连续层(10)的管式模块(11)部分地涂覆有第二不连续层(20)的管式模块(21)，
-第三不连续层(30)，所述第三不连续层包括被空间(32)隔开的多个相继的管式模块(31)，其排列成使得所述第二不连续层包括部分地涂覆有第三不连续层(30)的管式模块(31)的管式模块(21)，
-其中所述管式电化学分离单元(40)包括电串联排列的多个电化学池(50,51)，和其中
-电化学池(50)的第三不连续层(30)的管式模块(31)与相邻电化学池(51)的第一不连续层(10)的管式模块(11)接触，和
-所述电化学池(50)的第三不连续层(30)的管式模块(31)还与所述相邻电化学池(51)的第二不连续层(20)的管式模块(21)接触。
9.根据权利要求8的管式电化学分离单元(40)，特征在于：
-所述管式电化学分离单元(40)内的所述电化学池(50,51)未通过电绝缘体和/或导电材料隔开，和/或
-所述管式电化学分离单元(40)内的所述电化学池(50,51)未通过焊接而组装。
10.根据权利要求8或9的管式电化学分离单元(40)，其中电化学池(50)的第三不连续层(30)的管式模块(31)和相邻电化学池(51)的第一不连续层(10)的管式模块(11)之间的接触为直接接触。
11.根据权利要求8-10的管式电化学分离单元(40)，其中所述管式电化学分离单元包括至少2个电化学池(50,51)，优选地至少5个、更优选地至少10个。
12.根据权利要求8-11的管式电化学分离单元(40)，其中第一不连续层(10)的两个相继的管式模块(11)之间的空间(12)填充有第二不连续层(20)的管式模块(21)。
13.根据权利要求8-12的管式电化学分离单元(40)，其中第二不连续层(20)的两个相继的管式模块(21)之间的空间(22)填充有第三不连续层(30)的管式模块(31)。
14.根据权利要求8-13的管式电化学分离单元(40)，其中第一不连续层(10)和第三不连续层(30)为电极。
15.根据权利要求8-14的管式电化学分离单元(40)，其中第一不连续层(10)为内部电极。
16.根据权利要求8-15的管式电化学分离单元(40)，其中第二不连续层(20)为电化学分离膜。
17.根据权利要求8-16的管式电化学分离单元(40)，其中第三不连续层(30)为外部电极。
18.根据权利要求8的管式电化学分离单元(40)用于分子物种的电化学分离的用途。
19.用于制造根据权利要求8的管式电化学分离单元(40)的系统(200)，其中所述系统包括：
-配置成传送至少一个层的传输手段(210)，所述传输手段优选地排列成能够进行旋转运动，
-配置成实现各层的管式连续或管式不连续沉积的沉积手段(220,221,222)，和
-配置成根据预定和受控的时间-温度加热各层的加热手段(230)。
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