專利名稱：超級(jí)電容器脫鹽設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及具有帶電粒種(species)的液體的超級(jí)電容器脫鹽領(lǐng)域, 并且更具體地，涉友具有能量回收轉(zhuǎn)換器的超級(jí)電容器脫鹽設(shè)備及其制造方 法。
背景技術(shù)：
地球表面上少于百分之一的水適于在家庭或工業(yè)應(yīng)用中直接消耗。在有 限的自然飲用水源的情況下，通常稱作脫鹽的海水的去電離(de-ionization) 是產(chǎn)生新鮮水的最經(jīng)濟(jì)的方法。然而，與其他有鹽味的水相比，海水具有相 對(duì)更高含量的"總?cè)芙夤腆w"(TDS)。如將認(rèn)識(shí)到的，液體中帶電粒種的總 量被表達(dá)為TDS。典型地，TDS以百萬分之(ppm)表達(dá)。在有機(jī)或無機(jī)的 廢液中，除了原始存在的帶電粒種外，TDS可能由作為溶質(zhì)的水解、分解、 絮凝、生物或化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果而生成的粒種增加。在廢水處理或脫鹽中，TDS的減少是主要目標(biāo)之一。對(duì)于家庭和/或工業(yè) 應(yīng)用，期望將TDS水平降低到特定值。液體(如工業(yè)廢水或海水)的去電離 可導(dǎo)致較低的TDS水平。去電離可通過采用如離子交換、蒸餾、反滲透(RO )、 和電滲析的技術(shù)實(shí)現(xiàn)。然而，在這些處理中挑選時(shí)，必須考慮到處理的成本，這也包括能耗所 涉及的成本。不利地，這些處理消耗大量能量。為了使制造的水對(duì)大多數(shù)消 費(fèi)者可負(fù)擔(dān)，期望減少處理中涉及的總能耗，由此使得處理相對(duì)花費(fèi)較小。 而且，期望最大化系統(tǒng)對(duì)可用能量的使用。例如，在使得饋送液體在并行的 導(dǎo)電板(plate)對(duì)之間流動(dòng)的超級(jí)電容器脫鹽的情形中，該并行的導(dǎo)電板對(duì) 維持在相反的極性以創(chuàng)建靜電電荷，期望最大化在水的流動(dòng)期間導(dǎo)電板處的 電荷分離，從而避免重復(fù)降低液體中的TDS水平的處理。發(fā)明內(nèi)容根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種超級(jí)電容器脫鹽電池。該電池包括具有第一導(dǎo)電材料的第一電極，其中第一電極被配置為在電池的充電狀態(tài)吸 附離子而在電池的放電狀態(tài)釋放離子，并且其中第一導(dǎo)電材料包括導(dǎo)電復(fù)合 材料。而且，該電池包括具有第二導(dǎo)電材料的第二電極，其中第二電極被配 置為在電池的充電狀態(tài)吸附離子而在電池的放電狀態(tài)釋放離子，并且其中第 二導(dǎo)電材料包括導(dǎo)電復(fù)合材料。而且，該電池包括在第一和第二電極之間布置的絕緣隔離片(insulating spacer),其中絕緣隔離片被配置為將第一電極與 第二電極電氣隔離。而且，該電池還包括耦合到第一電極的第一集電器以及 耦合到第二電極的第二集電器。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種被配置為在充電狀態(tài)和放電狀態(tài)之 間交替的超級(jí)電容器脫鹽設(shè)備。該設(shè)備包括超級(jí)電容器脫鹽電池，被配置在充電狀態(tài)存儲(chǔ)并且由電池在放電狀態(tài)釋放。該設(shè)備還包括能量回收 (recovery)轉(zhuǎn)換器，其與電池操作關(guān)聯(lián)，并且被配置為在電池的放電狀態(tài)從 電池回收存儲(chǔ)的能量，其中轉(zhuǎn)換器被配置為傳輸至少一部分回收的能量給柵 網(wǎng)(grid)。根據(jù)本發(fā)明的另 一方面，提供了 一種被配置為去電離具有帶電粒種的液 體的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括多個(gè)疊層(stack),其中多個(gè)疊層的每個(gè)包括本技術(shù)的 多個(gè)電池。而且，該系統(tǒng)包括多個(gè)轉(zhuǎn)換器，使得多個(gè)轉(zhuǎn)換器的每個(gè)耦合到各 自的疊層，并且其中多個(gè)轉(zhuǎn)換器的每個(gè)被配置為在放電狀態(tài)存儲(chǔ)由各自的疊 層釋放的至少一部分能量，并且其中多個(gè)轉(zhuǎn)換器的每個(gè)被配置為在充電狀態(tài) 返回至少一部分存儲(chǔ)的能量到各自的疊層。


當(dāng)參照附圖閱讀下面的詳細(xì)描述時(shí)，本發(fā)明的這些和其他特征、方面和 優(yōu)點(diǎn)將變得更好地理解，附圖中相同的符號(hào)遍及附圖表示相同的部分，附圖 中圖1是根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例、采用具有多個(gè)去電離電池的疊層的示 例性超級(jí)電容器脫鹽管的示意圖；圖2是圖示電極、絕緣隔離片以及集電器的安排的圖l的疊層的一部分 的分解透視圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例、在充電期間的示例性超級(jí)電容器脫鹽電池的透視圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例、在電池的充電和放電期間在示例性超級(jí)電容器脫鹽電池中的能量流的圖示性表示；圖5是根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例的、圓柱形超級(jí)電容器脫鹽電池的示例 性實(shí)施例的透視圖；圖6是用于具有帶電粒種的液體的去電離的系統(tǒng)的圖示性表示，該系統(tǒng) 采用多個(gè)疊層和多個(gè)能量回收轉(zhuǎn)換器；圖7-8是用于具有帶電粒種的液體的去電離的示例性系統(tǒng)的框圖，該系 統(tǒng)包括超級(jí)電容器脫鹽設(shè)備和反滲透單元的組合；圖9是根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例的雙向半橋DC-DC轉(zhuǎn)換器的示例性拓樸圖；圖10是根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例的交叉(interleaved)雙向半橋DC-DC 轉(zhuǎn)換器的示例性拓樸圖；以及圖11是根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例的雙向全橋DC-DC轉(zhuǎn)換器的示例性拓 樸圖。
具體實(shí)施方式
超級(jí)電容器脫鹽(SCD)電池典型地用于海水的脫鹽或其他有鹽^^木的水 的去電離，以將鹽量減少到用于家庭和工業(yè)使用允許的水平。這樣的電池還 可用于從液體中移除或減少任何其他的離子雜質(zhì)。在某些實(shí)施例中，超級(jí)電容器脫鹽電池可包括第一電極、第二電極以及 其間布置的絕緣隔離片。為了通過去電離凈化液體，若干這樣的電池可布置 在提供了水入口和出口的容器中。圖1圖示采用脫鹽管12的示例性超級(jí)電容 脫鹽設(shè)備10的示意圖。管12容納具有多個(gè)超級(jí)電容器脫鹽電池16的超級(jí)電 容器脫鹽疊層14。如將在下面關(guān)于圖2描述的，多個(gè)電池16的每個(gè)包括一 對(duì)電極、絕緣隔離片和一對(duì)集電器。而且，管12包括饋送液體從其進(jìn)入管 12的入口 18,該饋送液體是要4皮去電離的液體。而且，管12包括出口20, 液體在至少部分地被超級(jí)電容器脫鹽電池16去電離后，從該出口 20離開管 12。如將認(rèn)識(shí)到的，液體可通過使用外力(如泵作用)被導(dǎo)入管12內(nèi)。在某些實(shí)施例中，饋送液體可多于一次地經(jīng)過疊層14，也就是說，可能 需要多于一次的重復(fù)來將液體去電離到允許或期望的帶電粒種水平。在某些實(shí)施例中，多個(gè)這樣的電池16可安排在如管12的管中，使得一個(gè)電池的輸出可被當(dāng)作另一電池的饋送液體。這樣，液體在/人出口 20出去之前可^皮允許 多次經(jīng)過去電離電池16。在示例性實(shí)施例中，具有35000 ppm的TDS值的樣本海水經(jīng)歷五次或更 多次去電離重復(fù)以達(dá)到大約500 ppm的TDS值，其中百分之八十的水回收。 在另一示例中，具有重量百分比大約3.5的帶電粒種濃度的海水的樣本經(jīng)歷 若干次去電離重復(fù)以將濃度降低到重量百分比大約0.03。根據(jù)該實(shí)施例制造 的示例性系統(tǒng)產(chǎn)生這樣的測(cè)試結(jié)果，其中第一次重復(fù)產(chǎn)生具有重量百分比濃 度3的水，第二次重復(fù)產(chǎn)生具有重量百分比2的水，并且最后的重復(fù)產(chǎn)生具 有重量百分比0.03的帶電粒種濃度的水。在某些實(shí)施例中，管12可由如不銹鋼、丙烯酸類樹脂、聚碳酸酯、聚氯 乙烯(PVC)、聚乙烯或其組合的材料制成。如將認(rèn)識(shí)到的，對(duì)管12的材料 選擇使得管12的材料應(yīng)當(dāng)對(duì)要去電離的液體的雜質(zhì)沒有貢獻(xiàn)。管12在形狀 上可以是圓柱形的。而且，可以形成管12的形狀使得其在入口和出口會(huì)聚， 如圖1所示。圖2圖示在超級(jí)電容器脫鹽疊層(如圖1的疊層14)中采用的各種元件 的安排。在圖示的實(shí)施例中，超級(jí)電容器脫鹽疊層14包括用作電容器的多個(gè) 超級(jí)電容器脫鹽電池16。超級(jí)電容器脫鹽電池16包括一對(duì)電極，其中每對(duì) 包括第一電極24、第二電極26以及其間布置的絕^彖隔離片28。疊層14還包 括在每個(gè)去電離電池16之間布置的多個(gè)集電器30,如下文將描述的。在某 些實(shí)施例中，在疊層14的充電狀態(tài)，第一和第二電極24和26被配置為從要 去電離的液體吸附離子。在這些實(shí)施例中，在充電狀態(tài)下，第一和第二電極 24和26的表面累積電荷。隨后，當(dāng)液體流過這些電極時(shí)，在電極24和26 上累積的電荷從液體反向吸引帶電離子，并且這些帶電離子然后被吸附在電 極24和26的表面上。當(dāng)電極24和/或26被吸附的帶電離子飽和時(shí)，帶電離 子可通過對(duì)電池16放電而從電極24和/或26的表面移除或釋放。在放電狀 態(tài)下，吸附的離子從第一和第二電極24和26的表面分離，并且可與在放電 狀態(tài)期間流過電池16的液體組合，如將在下面詳細(xì)描述的。在一些實(shí)施例中， 在電池16的放電狀態(tài)期間，電極24和26的極性可反轉(zhuǎn)。而在其他實(shí)施例中， 在電池16的》丈電狀態(tài)期間，電極24和26的極性可維持相同。在某些實(shí)施例中，第一電極24的每個(gè)可包括第一導(dǎo)電材料，并且第二電極26的每個(gè)可包括第二導(dǎo)電材料。如這里使用的，術(shù)語導(dǎo)電材料指正電傳導(dǎo)的材料。這些材料可以熱傳導(dǎo)或不可以熱傳導(dǎo)。在這些實(shí)施例中，第一和第 二導(dǎo)電材料可包括導(dǎo)電復(fù)合材料，例如，導(dǎo)電聚合物。在一些實(shí)施例中，第 一和第二導(dǎo)電材料可具有粒子，該粒子具有較小尺寸和大的表面積。如將認(rèn)識(shí)到的，由于大的表面積，這樣的導(dǎo)電材料可導(dǎo)致電池16的高吸附能力、高 能量密度和高容量。在一些實(shí)施例中，第一和第二導(dǎo)電材料可包括具有小于 大約100微米的尺寸的粒子。在示例性實(shí)施例中，第一和第二導(dǎo)電材料的粒 子尺寸可以在從大約5微米到大約IO微米、從大約IO微米到大約30微米、 從大約30微米到大約60微米、或從大約60微米到小于大約IOO微米的范圍 內(nèi)。在這些實(shí)施例中，疊層14的電容可以是大約每克IOO法拉。而且，在這 些實(shí)施例中，沉積在第一和第二電極24和26表面上的第一和第二導(dǎo)電材料 可具有高孔隙率。在一個(gè)實(shí)施例中，第一和/或第二材料的孔隙率可以在從大 約百分之十到大約百分之九十五的范圍內(nèi)。而且，第一和第二導(dǎo)電材料可包括有機(jī)或無機(jī)材料，例如，這些導(dǎo)電材 料可包括聚合物或可包括導(dǎo)電的無機(jī)復(fù)合材料。在另一示例性實(shí)施例中，無 機(jī)導(dǎo)電材料可包括碳、金屬或金屬氧化物。而且，第一和第二電極24和26 可采用相同的材料。即，第一和第二導(dǎo)電材料可以是相同的?；蛘?，第一和 第二導(dǎo)電電極可采用不同的材料。此外，在一些實(shí)施例中，第一和第二導(dǎo)電 材料可以相反地(reversibly)摻雜質(zhì)。在這些實(shí)施例中，第一和第二材料可 以相同或可以不同。在示例性實(shí)施例中，雜質(zhì)可包括陰離子或陽離子。陽離 子的非限制示例可包括Li+、 Na+、 K+、 NH4+、 Mg2+、 Ca2+、 Zn2+、 Fe2+、 Al3+或其組合。陰離子的非限制示例可包括cr、 no3-、 so42-、 po -或其組合。在某些實(shí)施例中，導(dǎo)電聚合物可包括聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺。在一些 實(shí)施例中，導(dǎo)電聚合物可包括聚吡咯、聚噻吩或聚苯胺的磺酸類、氯化物、 氟化物、烷基、或苯基衍生物。在一個(gè)實(shí)施例中，導(dǎo)電材料可包括碳或碳基 材料。在示例性實(shí)施例中，碳基材料可包括活性碳粒子、多孔碳粒子、碳纖 維、碳納米管、碳?xì)饽z或其組合。在一些實(shí)施例中，第一和第二導(dǎo)電復(fù)合 材料可包括鈦、鋯、釩、鉭、鎢、鈮或其組合的碳化物。在一些實(shí)施例中， 第一和第二導(dǎo)電復(fù)合材料可包括錳、或鐵或兩者的氧化物。在示例性實(shí)施例中，導(dǎo)電材料可包括納米粉末，如鐵酸鹽。此外，電傳導(dǎo)填充劑(filler)也可與導(dǎo)電材料一起使用。而且，適當(dāng)?shù)恼澈蟿?、硬化劑或催化劑也可與導(dǎo)電材料一起使用。填充材料或添加劑可影 響導(dǎo)電材料的一個(gè)或多個(gè)屬性，如最小寬度、粘度、硫化曲線、附著性(adhesion )、電氣性質(zhì)、耐化學(xué)性(例如，耐潮性、耐溶劑性)、玻變(glass transition),熱傳導(dǎo)性、熱扭變溫度等。在一些實(shí)施例中，填充劑可具有小于大約50(H敬米的平均粒子直徑。在 示例性實(shí)施例中，填充劑可具有從大約1納米到大約5納米、從大約5納米 到大約10納米、從大約10納米到大約50納米、或大于大約50納米的范圍 內(nèi)的平均粒子直徑。在某些實(shí)施例中，填充劑粒子可具有可基于應(yīng)用特定的標(biāo)準(zhǔn)來選才奪的可 變形狀和尺寸。適當(dāng)?shù)男螤羁砂ㄇ蛐瘟Ｗ印肭蛐瘟Ｗ?、桿形、纖維形、 幾何形狀等的一個(gè)或多個(gè)。粒子可以是空心或?qū)嵭牡?，或可以是多孔的。?桿形和纖維形的長(zhǎng)粒子可具有與寬度不同的長(zhǎng)度。在電傳導(dǎo)聚合物被用作導(dǎo)電材料的實(shí)施例中，由于聚合物的反向感應(yīng)電 流機(jī)制或電子傳輸機(jī)制，電池16的電容可提高。在示例性實(shí)施例中，電池 16的電容可增加大約3到5倍。這樣的電容值大于采用活性碳材料的電池(如 電池16)的電容值。在一些實(shí)施例中，采用傳導(dǎo)聚合物復(fù)合材料的電池16 的電容可以在從大約每克100法拉到大約每克800法拉的范圍內(nèi)。由于高電 容值，第一和第二電極24和26可在其各自表面上吸附顯著量的離子，而無 需高操作壓力或電化學(xué)反應(yīng)，從而與反滲透(RO)或電滲析(ED)相比導(dǎo) 致相對(duì)小的能耗。如將認(rèn)識(shí)到的，電化學(xué)反應(yīng)或電滲析消耗更多能量并且可 能對(duì)電極的壽命有害。此外，導(dǎo)電聚合物的高表面積便利了相對(duì)較高量的離 子的沉積，從而便利了設(shè)備的印跡(footprint)的減少。如這里所使用的，"印 跡"指在給定疊層中使用的超級(jí)電容器脫鹽電池的數(shù)量或在設(shè)計(jì)中為實(shí)現(xiàn)預(yù) 定生產(chǎn)率而采用的超級(jí)電容器疊層的數(shù)量。在某些實(shí)施例中，具有200個(gè)疊層的超級(jí)電容器脫鹽設(shè)備的印跡可以在大約1個(gè)超級(jí)電容器脫鹽電池到大約 1000個(gè)超級(jí)電容器脫鹽電池的范圍內(nèi)。即，每個(gè)疊層可采用在1和1000之 間變化的多個(gè)超級(jí)電容器脫鹽電池。盡管在圖示的實(shí)施例中電極24和26是彼此并行布置以形成層疊結(jié)構(gòu)的 板的形式，然而，在其他實(shí)施例中，第一和第二電極可具有變化的形狀。而 且，這些電極可以變化的配置安排。例如，在圖5所示的實(shí)施例中，第一和 第二電極可以同心地布置，如將在下面詳細(xì)描述的。在某些實(shí)施例中，絕緣隔離片28可包括電絕緣聚合物，如聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、尼龍或其組合。而且，絕緣隔離片28可以是膜 的形式，并且可具有從大約10-6厘米到大約l厘米的范圍內(nèi)的厚度。而且，如所示的，每個(gè)電池16可包括耦合到第一和第二電極24和26 的集電器30。集電器被配置為傳導(dǎo)電子并且可影響電池16的功耗和壽命。 例如，電極24或26和集電器30之間的高接觸電阻可能導(dǎo)致高功耗。在某些 實(shí)施例中，電池16的第一和第二電極24和26的導(dǎo)電材料可在集電器30上 沉積。在這些實(shí)施例中，電極24和26的導(dǎo)電材料可通過采用如賊鍍、噴鍍、 旋涂、印刷或涂敷的 一種或多種沉積技術(shù)在集電器上沉積。在某些實(shí)施例中，集電器30可包括箔片或網(wǎng)。集電器30可包括電傳導(dǎo) 材料，如鋁、銅、鎳、鈦、柏、鈀或其組合。在一個(gè)實(shí)施例中，集電器30可 包括鈦網(wǎng)。在另一實(shí)施例中，集電器30可包括碳素紙或傳導(dǎo)碳復(fù)合材料。疊層14還包括支板32以對(duì)結(jié)構(gòu)提供機(jī)械穩(wěn)定性。支板32還可用作疊層 14的電觸點(diǎn)，以在疊層14和電源或能量回收轉(zhuǎn)換器之間提供電氣通信。在 圖示的實(shí)施例中，支板32、電極24和26、以及集電器30可包括孔21，以 導(dǎo)引液體的流動(dòng)并且限定電極對(duì)之間的湍流路徑。如所示的，液體從由箭頭 22指示的方向?qū)腚姵?6的內(nèi)部。在進(jìn)入電池16后，液體被導(dǎo)引^_得其如 由湍流路徑23所指示的流過電極24和26的表面。期望使液體流動(dòng)，使得液 體遍歷電極24和26的表面的最大部分。如將認(rèn)識(shí)到的，在液體和電極的表 面之間的更多的接觸時(shí)間可導(dǎo)致從液體更多地吸附帶電粒種或離子到電極表粒種的濃度減少到預(yù)定值所需的重復(fù)次數(shù)更少。隨后，液體如由箭頭25指示 的離開電池16。圖3圖示在充電狀態(tài)期間采用超級(jí)電容器脫鹽電池36的系統(tǒng)34。如所 示，電池36電耦合到電源50。如隨后將關(guān)于圖6所述的，電源50可用作能 量回收轉(zhuǎn)換器或可以與能量轉(zhuǎn)換器操作關(guān)聯(lián)。在圖示的實(shí)施例中，電極38耦 合到電源50的負(fù)極端并用作陰極。類似地，電極40耦合到電源50的正極端 并用作陽極。而且，絕緣隔離片42布置在兩個(gè)電極38和40之間。當(dāng)使得具 有帶電粒種的液體48經(jīng)過電極38和40之間時(shí)，來自液體的帶電粒種或離子 在相對(duì)的帶電電極累積。如所示，陽離子44移向陰極38,而陰離子46移向 陽極46。作為該電池36內(nèi)部的電荷累積的結(jié)果，輸出液體、或從電池36出12去的稀釋液體52與饋送液體48相比，在帶電粒種的濃度上降低。如上所述， 在某些實(shí)施例中，稀釋液體52可通過將其饋送通過與電池36類似的另 一電 池再次經(jīng)歷去電離。在一些實(shí)施例中，多個(gè)這樣的電池36可在疊層中采用， 如之前描述并在之后還參照?qǐng)D6詳細(xì)描述的。該系統(tǒng)還可包括若干疊層。或 者，如參照?qǐng)D7-8詳細(xì)描述的，稀釋液體52可饋送到可執(zhí)行與電池36類似 的功能的設(shè)備中。例如，反滲透單元可耦合到電池36以4妄收液體52。如上所述，在超級(jí)電容器脫鹽的充電期間，來自饋送液體的帶電粒種累 積在電極的表面上并且保持建立直到電池被放電。圖4圖示超級(jí)電容器脫鹽 電池54的充電狀態(tài)58和放電狀態(tài)60。在充電狀態(tài)58下，能量由電池54存 儲(chǔ)，而在放電狀態(tài)60下，存儲(chǔ)的能量由電池54釋放。在圖示的實(shí)施例中， 電池54包括電極68和70。在圖示的實(shí)施例中，在充電狀態(tài)下，電極68負(fù) 帶電以從饋送液體吸引正帶電離子62。類似地，電極70正帶電以從饋送液 體吸引負(fù)帶電離子64。如將認(rèn)識(shí)到的，可以使得電極68或70的任一為正或 負(fù)，并且電極的極性由電極和輸出電源之間的連接方式確定?？赏ㄟ^連接到 電源的正極使得電極68或70的任一是陽極，而另一電極則變?yōu)殛帢O。應(yīng)當(dāng) 注意到，任一安排對(duì)電池54的去電離性能都沒有不同。在放電時(shí)，如箭頭60所示，來自電極表面的電荷由電極釋放到饋送液體 中。在圖示的實(shí)施例中，在電池54的放電狀態(tài)60下，陽離子62和陰離子 64從電極68和70釋放，并且與饋送液體一起移出電池54。因此，在放電狀 態(tài)60期間，從超級(jí)電容器脫鹽電池54出去的液體與饋送到超級(jí)電容器脫鹽 電池54的饋送液體相比，在離子濃度上可能更高。換句話說，在電池54的 放電狀態(tài)60下，產(chǎn)生的液體的TDS值可能大于饋送液體的TDS值。因此， 在放電狀態(tài)60下，得到的液體不能與之前的稀釋液體混合，該稀釋的液體可 在電池的充電狀態(tài)期間獲得。如上所述，當(dāng)超級(jí)電容器脫鹽的狀態(tài)從充電狀態(tài)58轉(zhuǎn)變到放電狀態(tài)60 時(shí)，在系統(tǒng)中存在能量釋放，這與當(dāng)系統(tǒng)從有序狀態(tài)到無序狀態(tài)時(shí)的能量釋 放類似。如下面將詳細(xì)描述的，期望利用該能量用于由系統(tǒng)進(jìn)一步使用。在 圖示的實(shí)施例中，電池54包括分別在充電和放電狀態(tài)58和60下的能量回收 轉(zhuǎn)換器66。在充電狀態(tài)58下，能量回收轉(zhuǎn)換器66將來自電源(如電池(battery ) (未示出))的功率供應(yīng)導(dǎo)向電池54。而在放電狀態(tài)下，能量回收轉(zhuǎn)換器66 回收由電池54釋放的能量，同時(shí)從充電狀態(tài)58轉(zhuǎn)換到放電狀態(tài)60。因此，該回收的能量通過轉(zhuǎn)換器66至少部分地傳輸?shù)侥芰看鎯?chǔ)設(shè)備，如超級(jí)電容器電池、電池或柵網(wǎng)。例如，該來自電池54的回收能量可以在稍后為電池54 或來自電池疊層的不同電池充電的階段使用。在一個(gè)實(shí)施例中，為了改進(jìn)能 量轉(zhuǎn)換效率，多個(gè)電池可采用串聯(lián)來形成疊層并連"l矣到能量回收轉(zhuǎn)換器66。 下面將參照?qǐng)D9-11描述能量回收轉(zhuǎn)換器(如轉(zhuǎn)換器66)的工作?；蛘撸鐚?參照?qǐng)D6所述的，通過能量回收轉(zhuǎn)換器66從疊層回收的能量還可由安排中的 任何其他疊層使用。在這些實(shí)施例的任何實(shí)施例中，如能量回收轉(zhuǎn)換器66的 能量轉(zhuǎn)換器可稱作雙向轉(zhuǎn)換器，因?yàn)榇嬖谕ㄟ^轉(zhuǎn)換器的兩個(gè)方向的能量流。 例如，能量可從疊層流到柵網(wǎng)或總線，或從柵網(wǎng)或總線流到疊層。在某些實(shí) 施例中，這些轉(zhuǎn)換器可在放電狀態(tài)及以后以DC形式回收放電電池的能量， 將其以DC形式傳輸?shù)诫姵匾猿潆婋姵?4 ，以將其從放電狀態(tài)60轉(zhuǎn)換為充電 狀態(tài)58。類似地，電池54包括電源，如電池66或在方文電狀態(tài)60下的4冊(cè)網(wǎng)。 盡管為了圖示目的，在各種實(shí)施例中電極顯示為板，但是電極可具有各 種其他形狀。例如，電極可形成如圖5所述的圓柱形形狀。在圖示的實(shí)施例 中，超級(jí)電容器脫鹽電池74包括兩個(gè)電極76和78以及兩個(gè)絕緣隔離片80 和82,其全部圍繞內(nèi)芯(如管道84)同心地繞成空心圓柱體或巻狀物(roll) 86。在某些實(shí)施例中，管道84可用來將液體饋送到電池74中。在這些實(shí)施 例中，管道84可包括有孔的材料。在某些實(shí)施例中，這樣的電池74的構(gòu)造 可以通過使用繞線機(jī)器實(shí)現(xiàn)。在這些實(shí)施例中，電極片和絕緣隔離片可連續(xù) 饋送到機(jī)器中用于繞為巻狀物?？梢孕纬芍行牟糠忠员愎潭ㄆ谕睆降墓艿溃?如管道84。在巻狀物被切割并用帶子保護(hù)后，形成了獨(dú)立的超級(jí)電容器脫鹽 電池。圖6圖示用于具有帶電粒種的液體的去電離的系統(tǒng)。在圖示的實(shí)施例中， 系統(tǒng)90采用多個(gè)超級(jí)電容器脫鹽疊層以及多個(gè)能量回收轉(zhuǎn)換器。在這些實(shí)施 例中，多個(gè)疊層92、 94和96的每個(gè)分別包括多個(gè)超級(jí)電容器脫鹽電池98、 100和102。盡管為了圖示目的在系統(tǒng)90中示出三個(gè)疊層92、 94和96,但 是如將認(rèn)識(shí)到的，系統(tǒng)IO可包括少于三個(gè)疊層或可包括多于三個(gè)疊層。典型 地，在系統(tǒng)卯中采用的這樣的疊層的數(shù)量依賴于要脫鹽的液體的饋送濃度。在某些實(shí)施例中，疊層中的如電池98、 100和102的電池可串聯(lián)安排。 如上所述，通過使饋送液體經(jīng)過超級(jí)電容器脫鹽疊層92、 94或96形成的稀 釋液體可再次饋送到相同或不同的超級(jí)電容器脫鹽疊層，以進(jìn)一步降低液體中帶電離子的濃度。因此，為了從具有高濃度的帶電離子的海水或有鹽味的 水的饋送獲得具有低離子濃度的成品水，可根據(jù)不同的饋送濃度將湍流路徑 分階段。每個(gè)階段可基于成品水的產(chǎn)量包括一組電池疊層。在某些實(shí)施例中，為了改進(jìn)去電離系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換效率，可在系統(tǒng)90中采用10到800個(gè)單獨(dú)的超級(jí)電容器脫鹽電池，該電池每個(gè)具有絕緣隔離片和一對(duì)電極。在一個(gè)實(shí) 施例中，這些電池可以安排在一個(gè)疊層中。在另一實(shí)施例中，這些電池可分 布在不同的疊層中。在疊層包括串聯(lián)電池的實(shí)施例中，在高電壓范圍能量回收轉(zhuǎn)換器的功率 效率可更高。典型地，每個(gè)單獨(dú)的超級(jí)電容器脫鹽電池的電壓可以是大約1 伏，因此，在其中電池為串聯(lián)的這樣的疊層中，依賴于串聯(lián)電池的數(shù)量，最大電壓可以在從大約IO伏到大約800伏的范圍內(nèi)。而且，每個(gè)疊層92、 94和96的兩個(gè)端子(陽極和陰極)分別電耦合到 相對(duì)應(yīng)的雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器106、 108和110。例如，疊層92包括陽極端112 和陰極端114。類似地，疊層94包括陽極端116和陰極端118，并且疊層96 包括陽極端120和陰極端122。如疊層一樣，系統(tǒng)卯可包括比圖示的更少或 更多數(shù)量的轉(zhuǎn)換器。而且，如箭頭125、 127和129所示，在疊層和各自的轉(zhuǎn) 換器之間的能量流可以是任一方向，即，能量可以在該特定疊層的放電狀態(tài) 下從疊層流到轉(zhuǎn)換器，并且能量可在該特定疊層的充電狀態(tài)下從轉(zhuǎn)換器流到 疊層。在圖示的實(shí)施例中，如轉(zhuǎn)換器106、 108和110的DC-DC轉(zhuǎn)換器的另一 側(cè)可通過公用DC總線128連接到整流器126。 DC總線128的電壓可由連接 到柵網(wǎng)130的整流器126控制。在某些實(shí)施例中，DC總線128的電壓可以維 持在預(yù)定值以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)90的高能量轉(zhuǎn)換效率。在這些實(shí)施例中，疊層92、 94或96上的電壓在^L電和充電狀態(tài)下可變化。在充電狀態(tài)下，能量通過雙 向DC-DC轉(zhuǎn)換器106、 108或110從網(wǎng)格130和整流器126或從任何其他疊 層饋送到疊層92、 94和96。例如，在特定疊層(如疊層92)的充電狀態(tài)下， 由另一疊層(如疊層94)釋放的能量可由轉(zhuǎn)換器106利用并饋送到疊層92?；蛘撸商囟ǒB層(如疊層94)在放電期間釋放的能量還可反饋到柵網(wǎng) 130。在放電處理中，存儲(chǔ)在疊層中的能量被釋放并且通過相應(yīng)的雙向DC-DC 轉(zhuǎn)換器108被導(dǎo)向DC總線128。該回收的能量可反饋到柵網(wǎng)130，或作為替 代，可重新-使用以在脫鹽處理中充電疊層。在某些實(shí)施例中，充電和^:電處理由雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器用基于電流的控制策略控制。圖7和8圖示用于饋送液體的去電離的示例性系統(tǒng)132和164。在圖示 的實(shí)施例中，系統(tǒng)132和164包括超級(jí)電容器脫鹽設(shè)備和反滲透單元的組合。圖7圖示系統(tǒng)132,在該系統(tǒng)132中饋送水初始由超級(jí)電容器脫鹽電池 處理，然后在反滲透(RO)單元中處理。在圖示的實(shí)施例中，實(shí)線箭頭表示 液體的流動(dòng)，而虛線箭頭表示能量或功率在系統(tǒng)132中的流動(dòng)。在圖示的實(shí) 施例中，饋送水136可在饋送到超級(jí)電容器脫鹽設(shè)備140之前經(jīng)歷預(yù)處理138。 預(yù)處理可包括過濾或漂白。預(yù)處理138可被執(zhí)行以從水中減少可以由其他更 簡(jiǎn)單的處理輕易移除的雜質(zhì)。這樣，可以使得去電離的處理更快更有效。超 級(jí)電容器脫鹽設(shè)備140可包括一個(gè)或多個(gè)超級(jí)電容器脫鹽電池或疊層，如疊 層92、 94或96(見圖6)。而且，依賴于在設(shè)備140中采用的疊層的數(shù)量， 設(shè)備140可耦合到一個(gè)或多個(gè)能量轉(zhuǎn)換器142,如雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器。如由 向前和向后箭頭144所示，來自轉(zhuǎn)換器142的能量流可以是雙向的，即，轉(zhuǎn) 換器142可從設(shè)備140接收能量或可饋送能量到設(shè)備140中。而且，轉(zhuǎn)換器 142可耦合到能量管理模塊146。在某些實(shí)施例中，能量管理模塊146可用于存儲(chǔ)來自轉(zhuǎn)換器142的能量， 或?qū)碜栽O(shè)備140的一個(gè)疊層的釋放能量重新導(dǎo)引到另一疊層。在一個(gè)實(shí)施 例中，模塊146可包括三相整流器，如整流器126 (見圖6)。而且，在轉(zhuǎn)換 器142和模塊146之間的能量流的方向可以是雙向的，如由箭頭148所示。 換句話說，轉(zhuǎn)換器142可將能量傳輸?shù)侥K146上并且需要時(shí)可從模塊146 收回能量。在圖示的實(shí)施例中，能量管理模塊146可耦合到電柵網(wǎng)150。而且，從饋送液體136的處理得到的、來自超級(jí)電容器脫鹽設(shè)備140的 第一稀釋液體152可饋送到反滲透單元154中。在某些實(shí)施例中，泵156可 用于將稀釋液體152導(dǎo)引并饋送到反滲透單元154中。在圖示的實(shí)施例中， 能量管理模塊146可耦合到泵156,并且如箭頭145所示將能量提供到泵156。 在反滲透單元154中被處理后，第二稀釋液體158可經(jīng)歷后處理160以制造 成品液體162。在示例性實(shí)施例中，后處理160可包括PH調(diào)整、礦物水平調(diào) 整、硬度調(diào)整、UV輻射、以及通過裝載有銀粒子的活性碳的過濾。圖8圖示圖7的系統(tǒng)132的替代實(shí)施例。與圖7圖示的實(shí)施例相同，在 圖示的實(shí)施例中，實(shí)線箭頭表示液體的流動(dòng)，而虛線箭頭表示系統(tǒng)164中能 量或功率的流動(dòng)。在圖示的實(shí)施例中，饋送液體166在通過泵172饋送到反滲透單元170之前經(jīng)歷預(yù)處理168。得到的第一稀釋液體174然后可饋送到 超級(jí)電容器脫鹽設(shè)備176。與圖7的超級(jí)電容器脫鹽設(shè)備140 —樣，超級(jí)電 容器脫鹽設(shè)備176可耦合到雙向能量轉(zhuǎn)換器178,如由箭頭180所示。與圖7 的轉(zhuǎn)換器142—樣，轉(zhuǎn)換器178依次可耦合到能量管理模塊182,如箭頭179 所示。而且，能量管理模塊182還可配置為提供功率到泵172，如箭頭173 所示。而且，模塊182可耦合到柵網(wǎng)184。在超級(jí)電容器脫鹽設(shè)備176中處理后，稀釋液體186可經(jīng)歷后處理188 以制造成品液體190。若干拓樸(topology)可用作能量回收轉(zhuǎn)換器中的雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器。 例如，可采用雙向半橋DC-DC轉(zhuǎn)換器、交叉雙向半橋DC-DC轉(zhuǎn)換器、雙向 全橋DC-DC轉(zhuǎn)換器或其組合。典型地，這些轉(zhuǎn)換器以兩種模式工作"減壓 (buck)模式"和"升壓(boost)模式"。在減壓模式，能量從DC總線轉(zhuǎn)換 到疊層，而在升壓模式，能量從疊層傳輸?shù)紻C總線。圖9-ll圖示能量回收 轉(zhuǎn)換器的替代拓樸。如將認(rèn)識(shí)到的，能量回收轉(zhuǎn)換器可具有與圖9-11的圖示 性實(shí)施例中描繪的那些不同的若干拓樸。在某些實(shí)施例中，各拓樸可在能量 回收系統(tǒng)/疊層中提供連續(xù)的電流輸入和輸出。此外，期望這些拓樸擁有高功 率轉(zhuǎn)換效率。如這里使用的，術(shù)語"功率轉(zhuǎn)換效率"可指由能量回收轉(zhuǎn)換器 傳輸?shù)碾姽β实妮敵?、與由超級(jí)電容器脫鹽設(shè)備在放電狀態(tài)下饋送到轉(zhuǎn)換器 的電功率的比率，或從能量回收轉(zhuǎn)換器饋送到超級(jí)電容器脫鹽設(shè)備的電功率 與在充電狀態(tài)下輸入轉(zhuǎn)換器中的電功率的比率。在一些實(shí)施例中，這些拓樸 的功率轉(zhuǎn)換效率可以在從大約70%到大約95%的范圍內(nèi)，并且優(yōu)選地從大約 80%到大約90%。在這些實(shí)施例中，充電或放電狀態(tài)下疊層的最大電壓與最 小電壓的比率可高達(dá)約6: 1。圖9圖示雙向半橋DC-DC轉(zhuǎn)換器的拓樸200。 CcAp202指示耦合到轉(zhuǎn)換 器的疊層或超級(jí)電容器脫鹽設(shè)備的電容。箭頭VcAp204指示疊層的電壓。雙 向半橋DC-DC轉(zhuǎn)換器的拓樸200包括具有電感器"206的單個(gè)支路(leg)， 其中該支路包括絕緣柵極雙極性晶體管(IGBT) 7\ 208和丁2212、反并行功 率二極管D卩10和D2214、以及DC總線電容器CDC216。箭頭VDc218指示 跨接DC總線219的電壓。在疊層的充電狀態(tài)或轉(zhuǎn)換器的減壓模式，DC總線電壓Voc高于疊層的電壓VCAp。在減壓模式，T2 212關(guān)斷并且T！ 208以PWM (脈寬調(diào)制)才莫式工作。當(dāng)T,208導(dǎo)電時(shí)，(VDC-VCAP)的電壓施加到電感器L！206, >夂人而增加電感器 電流。在該處理中，能量暫時(shí)存儲(chǔ)在L！206中。當(dāng)T!208關(guān)斷時(shí)，流過T卩08 的電流傳輸?shù)?2214。電壓(Voc)施加到L,206并且電感器電流減少。能量 釋放到疊層。隨后，下一周期再次開始，其中T2 212關(guān)斷而T^ 208以PWM 模式工作。相反，在升壓模式，T卩08總是關(guān)斷并且T2 212以PWM模式工作。當(dāng) 丁2212導(dǎo)電時(shí)，電壓Vcap施加到L,206，并且電感器電流增加并且能量暫時(shí) 存儲(chǔ)在L, 206中。當(dāng)T2212關(guān)斷時(shí)，流過T2212的電流傳輸?shù)紻, 210。 (VCAP-VDC)的電壓施加到L,206,并且電感器電流減少。能量釋;^文到DC總 線247,并且下一周期開始。圖10圖示交叉雙向半橋DC-DC轉(zhuǎn)換器的拓樸220。在圖示的實(shí)施例中， 交叉轉(zhuǎn)換器的拓樸220包括每個(gè)具有一個(gè)電感器的交叉的兩個(gè)支路。而且， 該拓樸耦合到去電離疊層CCAP 222。每個(gè)支路包括與上面關(guān)于圖9所述類似 的元件。第一支路包括電感器L口24、絕緣柵極雙極性晶體管(IGBT) T!226 和丁2232、反平行功率二極管D,228和D2 234。第二支路包括電感器L2230、 絕緣柵極雙極性晶體管(IGBT) 丁3 236和丁4240、反平行功率二極管D3 238 和D4 242。拓樸220還包括具有耦合到第一和第二支路的電容器CDC 244的 DC總線247。而且，Vix;246指示跨接DC總線的電壓。在圖示的實(shí)施例中，交叉轉(zhuǎn)換器包括并聯(lián)的兩個(gè)雙向半橋DC-DC轉(zhuǎn)換器。每個(gè)支路以與參照?qǐng)D9所述的類似的方式操作。然而，在交叉轉(zhuǎn)換器中，丁2/丁4支路的控制信號(hào)比T/T3滯后半個(gè)周期時(shí)間，從而減少疊層中的電流波紋。而且，兩個(gè)支路的組合可以相對(duì)較低的切換頻率運(yùn)行，從而改進(jìn)轉(zhuǎn)換器 的功率轉(zhuǎn)換效率。上面分別在圖9和10中所述的拓樸200和220主要適于少于大約20千 瓦、并且優(yōu)選地少于大約10千瓦的功率應(yīng)用。而圖11中圖示的雙向全橋 DC-DC轉(zhuǎn)換器可用于比圖9和10中的其他兩個(gè)轉(zhuǎn)換器相對(duì)更高的功率應(yīng)用。 在一些實(shí)施例中，雙向全橋DC-DC轉(zhuǎn)換器可用于多于大約IO千瓦的功率應(yīng) 用。圖11是雙向全橋DC-DC轉(zhuǎn)換器的拓樸248。如將認(rèn)識(shí)到的，全橋轉(zhuǎn)換 器248包括如箭頭252所示的低電壓側(cè)和如箭頭256所示的高電壓側(cè)。在現(xiàn) 在預(yù)期的實(shí)施例中，低電壓側(cè)252是電流饋送型，而高電壓側(cè)256是電壓饋送型。箭頭250和254指示拓樸的各部分，其可以是減壓和升壓操作模式。 如將認(rèn)識(shí)到的，兩部分250和254的操作模式纟皮此不同，而且兩部分250和 254可交替地在減壓和升壓操作模式。而且，拓樸248在疊層側(cè)和DC總線側(cè)都包括H橋。疊層側(cè)包括電感器 Lf260和I^274、電容器Ch264、 MOSFETSa262、 Scl266、 Sc2268、 Sc3270、 和Sm272。而且，拓樸248包括變壓器280的第一線圈276和第二線圈278。 在DC總線側(cè)，拓樸248包括四個(gè)IGBTSb！282、 Sb2284、 Sb3286和Sb4288。 而且，跨接DC總線291的電壓由Vdc290指示。在圖示的實(shí)施例中，對(duì)角線相對(duì)的開關(guān)(如升壓模式的Scl266和Sc2268、 或Sc3270和Sc4272或減壓模式的Sbl282和Sb2284、或Sb3286和Sb4288 )同 時(shí)打開和關(guān)閉。而且，Sc2 268和270以及Se4272的信號(hào)相對(duì)于彼此延遲，使 得變壓器280連接到輸入電壓或被短路。而且，Llk274中存儲(chǔ)的能量可用于 放電Ch264中存儲(chǔ)的能量，以對(duì)疊層側(cè)的所有開關(guān)(IGBT)實(shí)現(xiàn)零電壓切換 (ZVS)。而且，箝位開關(guān)Sa262在ZVS下打開。盡管僅圖示了三個(gè)不同的拓樸，但是如將認(rèn)識(shí)到的，若干其他拓樸的能 量回收轉(zhuǎn)換器可與本發(fā)明的實(shí)施例的超級(jí)電容器脫鹽設(shè)備組合使用。盡管已經(jīng)在此圖示和描述了本發(fā)明的某些特征，但是對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員 將出現(xiàn)許多修改和改變。因此，要理解，權(quán)利要求意圖覆蓋落入本發(fā)明的真 實(shí)精神內(nèi)的所有這樣的修改和改變。
權(quán)利要求
1.一種超級(jí)電容器脫鹽電池，包括包括第一導(dǎo)電材料的第一電極，其中第一電極被配置為在電池的充電狀態(tài)吸附離子而在電池的放電狀態(tài)釋放離子，并且其中第一導(dǎo)電材料包括導(dǎo)電復(fù)合材料；包括第二導(dǎo)電材料的第二電極，其中第二電極被配置為在電池的充電狀態(tài)吸附離子而在電池的放電狀態(tài)釋放離子，并且其中第二導(dǎo)電材料包括導(dǎo)電復(fù)合材料；在第一和第二電極之間布置的絕緣隔離片，其中絕緣隔離片被配置為將第一電極與第二電極電氣隔離；耦合到第一電極的第一集電器；以及耦合到第二電極的第二集電器。
2. 如權(quán)利要求1所述的超級(jí)電容器脫鹽電池，其中第一和第二導(dǎo)電材料 的任 一 或兩者包括具有小于大約100微米的粒子大小的材料。
3. 如權(quán)利要求1所述的超級(jí)電容器脫鹽電池，其中導(dǎo)電復(fù)合材料包括導(dǎo) 電聚合物，并且其中導(dǎo)電聚合物包括聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺或其組合。
4. 如權(quán)利要求1所述的超級(jí)電容器脫鹽電池，其中導(dǎo)電復(fù)合材料包括聚 吡咯、聚p塞吩、或聚苯胺或其組合的磺酸類衍生物、氯化物衍生物、氟化物 衍生物、烷基衍生物、或笨基衍生物。
5. 如權(quán)利要求1所述的超級(jí)電容器脫鹽電池，其中導(dǎo)電復(fù)合材料包括鈦、 鋯、釩、鉭、鴒、鈮或其組合的碳化物。
6. 如權(quán)利要求1所述的超級(jí)電容器脫鹽電池，其中第一導(dǎo)電材料與第二 導(dǎo)電材料不同。
7. 如權(quán)利要求1所述的超級(jí)電容器脫鹽電池，其中第一和第二導(dǎo)電材料 被配置為相反地?fù)诫s質(zhì)。
8. 如權(quán)利要求1所述的超級(jí)電容器脫鹽電池，其中第二電極與第一電極 平^f亍i也布置。
9. 如權(quán)利要求1所述的超級(jí)電容器脫鹽電池，其中第一和第二電極同心 地布置。
10. 如權(quán)利要求1所述的超級(jí)電容器脫鹽電池，其中電容性去電離電池具有從大約每克100法拉到大約每克800法拉的范圍內(nèi)的電容。
11. 一種被配置為在充電狀態(tài)和放電狀態(tài)之間交替的超級(jí)電容器脫鹽設(shè) 備，包括超級(jí)電容器脫鹽電池，被配置為在充電狀態(tài)吸附帶電粒種而在放電狀態(tài) 釋放帶電粒種，其中能量由電池在充電狀態(tài)存儲(chǔ)，并且其中存儲(chǔ)的能量由電 池在放電狀態(tài)釋放；以及能量回收轉(zhuǎn)換器，其與電池操作關(guān)聯(lián)，并且被配置為在電池的放電狀態(tài) 回收來自電池的存儲(chǔ)的能量，其中轉(zhuǎn)換器被配置為傳輸至少一部分回收的能 量給柵網(wǎng)。
12. 如權(quán)利要求11所述的超級(jí)電容器脫鹽設(shè)備，其中該電池包括 包括第一導(dǎo)電材料的第一電極，其中第一電極被配置為在電池的充電狀態(tài)吸附離子而在電池的放電狀態(tài)釋放離子，并且其中第一導(dǎo)電材料包括導(dǎo)電 復(fù)合材料；包括第二導(dǎo)電材料的第二電極，其中第二電極被配置為在電池的充電狀 態(tài)吸附離子而在電池的放電狀態(tài)釋放離子，并且其中第二導(dǎo)電材料包括導(dǎo)電 復(fù)合材料；在第一和第二電極之間布置的絕緣隔離片，其中絕緣隔離片被配置為將 第一電極與第二電極電氣隔離；耦合到第一電極的第一集電器；以及 耦合到第二電極的第二集電器。
13. 如權(quán)利要求11所述的超級(jí)電容器脫鹽設(shè)備，其中該轉(zhuǎn)換器包括雙向 半橋DC-DC轉(zhuǎn)換器。
14. 如權(quán)利要求11所述的超級(jí)電容器脫鹽設(shè)備，其中該轉(zhuǎn)換器包括交叉 雙向半橋DC-DC轉(zhuǎn)換器。
15. 如權(quán)利要求11所述的超級(jí)電容器脫鹽設(shè)備，其中轉(zhuǎn)換器包括雙向全 橋DC-DC轉(zhuǎn)換器。
16. 如權(quán)利要求11所述的超級(jí)電容器脫鹽設(shè)備，其中轉(zhuǎn)換器被配置為回 收在放電期間由電池釋放的總能量的大約70%到大約95%。
17. 如權(quán)利要求11所述的超級(jí)電容器脫鹽設(shè)備，其中轉(zhuǎn)換器被配置為回 收在放電期間由電池釋放的總能量的大約80°/。到大約90%。
18. 如權(quán)利要求11所述的超級(jí)電容器脫鹽設(shè)備，其中轉(zhuǎn)換器包括控制器，用于控制在充電狀態(tài)或放電狀態(tài)或兩狀態(tài)下流入或流出電池的電流。
19. 如權(quán)利要求11所述的超級(jí)電容器脫鹽設(shè)備，其中電池的印跡在大約 1到大約1000的范圍內(nèi)。
20. 如權(quán)利要求11所述的超級(jí)電容器脫鹽設(shè)備，還包括耦合到電池的反滲透單元，其中液體饋送到電池中以形成第一輸出，并且其中第一輸出饋送 到反滲透單元以形成最終的輸出。
21. 如權(quán)利要求11所述的超級(jí)電容器脫鹽設(shè)備，還包括反滲透單元，其中液體饋送到反滲透單元以生成第 一輸出，并且其中第 一輸出隨后饋送到電 池中以形成最終的輸出。
22. 如權(quán)利要求11所述的超級(jí)電容器脫鹽設(shè)備，包括多個(gè)電池，并且其 中多個(gè)電池的每個(gè)由集電器與相鄰電池分離。
23. 如權(quán)利要求22所述的超級(jí)電容器脫鹽設(shè)備，其中多個(gè)電池的每個(gè)串 聯(lián)連接到相鄰電池。
24. —種配置為去電離具有帶電粒種的液體的系統(tǒng)，包括 多個(gè)疊層，其中多個(gè)疊層的每個(gè)包括多個(gè)電池，其中多個(gè)電池的每個(gè)包括具有第一電極和第二電極的一對(duì)電極，其中第一和第二電極被配置為在 電池的充電狀態(tài)吸附離子而在電池的放電狀態(tài)釋放離子，并且其中第一和第 二電極包括導(dǎo)電材料；在第一和第二電極之間布置的絕緣隔離片，其中絕緣隔離片被配置為將 第一電極與第二電極電氣隔離；耦合到第一電極的第一集電器；耦合到第二電極的第二集電器；以及多個(gè)轉(zhuǎn)換器，其中多個(gè)轉(zhuǎn)換器的每個(gè)耦合到各自的疊層，并且其中多個(gè) 轉(zhuǎn)換器的每個(gè)被配置為存儲(chǔ)由各自的疊層在放電狀態(tài)釋放的至少一部分能量，并且其中多個(gè)轉(zhuǎn)換器的每個(gè)被配置為在充電狀態(tài)返回至少一部分存儲(chǔ)的能量到各自的疊層。
25. 如權(quán)利要求24所述的系統(tǒng)，其中電極對(duì)的每個(gè)通過集電器與相鄰電 極對(duì)分離。
26. 如權(quán)利要求24所述的系統(tǒng)，其中電極對(duì)的每個(gè)串聯(lián)連接到相鄰電極對(duì)。
27. 如權(quán)利要求24所述的系統(tǒng)，其中多個(gè)疊層的每個(gè)還包括一對(duì)支板， 其中支板對(duì)的每個(gè)布置在疊層的任一側(cè)上。
28. 如權(quán)利要求24所述的系統(tǒng)，還包括與多個(gè)轉(zhuǎn)換器操作關(guān)聯(lián)的能量管 理模塊，其中能量管理模塊被配置為從外部源接收電力供應(yīng)，并且將電力供應(yīng)傳遞到系統(tǒng)。
29. 如權(quán)利要求24所述的系統(tǒng)，其中多個(gè)能量回收轉(zhuǎn)換器的每個(gè)耦合到 公用電氣總線。
全文摘要
提供了一種超級(jí)電容器脫鹽電池(16)。該電池(16)包括由導(dǎo)電材料形成的電極(24，26)，該電極被配置為在電池的充電狀態(tài)吸附離子而在電池的放電狀態(tài)釋放離子。導(dǎo)電材料包括導(dǎo)電復(fù)合材料。絕緣隔離片(28)布置在兩個(gè)電極(24，26)之間，并且被配置為將一個(gè)電極與另一個(gè)電氣隔離。而且，該電池(16)包括耦合到第一電極(24)的第一集電器(30)和耦合到第二電極(26)的第二集電器(26)。而且，能量回收轉(zhuǎn)換器可與電池操作關(guān)聯(lián)，并且被配置為回收由電池釋放的能量同時(shí)從充電狀態(tài)轉(zhuǎn)變到放電狀態(tài)。轉(zhuǎn)換器被配置為在電池的放電狀態(tài)將至少一部分回收的能量傳輸?shù)綎啪W(wǎng)。
文檔編號(hào)C02F1/469GK101331088SQ200680047335
公開日2008年12月24日 申請(qǐng)日期2006年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月14日
發(fā)明者昶 衛(wèi), 磊 曹, 宇 杜, 熊日華, 王勝先, 巍 蔡 申請(qǐng)人:通用電氣公司