维度网讯，Nature Water发表研究，开发出流同步环形电化学离子泵（FS-R-EIP），该技术通过闭环环形拓扑结构消除终端电极，实现纯电容驱动的无氧化还原脱盐，在相同离子通量范围内单位离子能耗显著低于传统电渗析（ED）工艺。

电化学分离工艺因其模块化、可调性和低能耗优势，在水处理和化学分离领域日益重要。传统电容去离子（CDI）依赖溶液切换，而第一代电化学离子泵（PF-EIP）虽克服了部分局限，但仍需终端电极电解反应维持电荷平衡，导致电流密度不均匀和能量损耗。针对这一问题，研究团队提出一种环形电化学离子泵（R-EIP）架构：将所有电荷存储电极（CSE）以闭环环形拓扑连接，每个CSE仅与相邻电极相连，从原理上消除终端电极。

实验采用8电路R-EIP系统，构建为圆柱形环状结构，包含8个CSE、8个阴离子交换膜（AEM）及16个填充楔形隔片的流道。CSE通过热压阳离子交换聚合物与多孔活性炭纤维（ACC）制成复合膜，具有典型电容特性。然而，当所有流道持续充满溶液时，R-EIP因每个CSE两侧同时进行双向离子交换、电势对称，无法实现有效脱盐。与之对比，PF-EIP通过交替激活终端电极维持溶液电荷平衡，强制单向离子迁移，因此能有效脱盐。

为打破电势对称性，团队开发了流同步FS-R-EIP系统。其充放电循环中，在电路切换前清空奇数电路流道、向偶数电路流道填充盐水和淡化液，通过流道与电路的同步切换，实现阳离子顺时针、阴离子逆时针的单向离子通量。该过程完全依赖电容机制，无需氧化还原反应维持电荷中性，因此避免电解反应带来的能量损耗。FS-R-EIP可单电源在恒压或恒流模式下运行，每电路恒定电压1.2V条件下，其电流高于PF-EIP，且无气泡生成。

在性能对比中，以单位离子能耗（SECi，J μmol⁻¹）和离子通量（μmol cm⁻² min⁻¹）为指标，FS-R-EIP在苦咸水脱盐方面的SECi显著低于ED工艺，且优于PF-EIP和传统CDI。由于FS-R-EIP运行时无电解反应，即使在小规模下也仅消耗极少能量，其系统设计有别于ED或PF-EIP。研究团队表示，EIP作为通用平台，除脱盐外，在电化学分离领域具有进一步拓展潜力。

该研究对R-EIP无法有效脱盐的原因进行了分析，并提出FS-R-EIP的解决方案。在PF-EIP系统中，终端电极的交替激活和溶液电荷平衡要求维持了单向离子行为。而FS-R-EIP通过流同步和电路切换，实现了有效的单向离子迁移。此外，消除终端电极电解反应防止了气泡生成，使电流密度分布均匀，并避免了能量损失。

在单位离子能耗与离子通量的框架下，FS-R-EIP优于PF-EIP，而PF-EIP又优于传统CDI。FS-R-EIP中终端电极电解反应的消除，使其在不同规模下都能实现高性能，并带来实际运行优势。尽管本研究聚焦脱盐，但EIP作为通用平台，具有推动电化学分离超越脱盐范畴的潜力。

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