能量储存和产生系统技术方案

本公开涉及能量储存和产生系统，例如，流体电池和氢燃料电池的组合，其能够在严酷的环境中表现出运行稳定性，例如，在卤素离子或卤素离子的混合物的存在下在再生式燃料电池中的充电反应和放电反应二者。本公开还涉及能够在相同系统中进行析氢反应(HER)和氢的氧化反应(HOR)二者的能量储存和产生系统。本公开还涉及成具有低成本、快响应时间以及可以接受的寿命和性能的能量储存和产生系统。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开涉及在严酷的环境(例如在卤素离子或卤素离子混合物的存在下再生式燃料电池中的充电反应和放电两种反应)中表现出运行稳定性的能量储存和产生系统，例如，流体电池和氢燃料电池的组合。本公开还涉及能够在相同的系统中进行析氢反应(HER)和氢的氧化反应(HOR) 二者的能量储存和产生系统。本公开还涉及低成本、快响应时间且具有可接受的寿命和性能的能量储存和产生系统。
技术介绍
有若干用于能量储存和产生的技术。可以将这些技术分成三个小组机械的包括抽蓄水力、压缩空气、飞轮等；电的包括超级电容器、超导磁体等；电化学的包括电池、流体电池、储氢等。电化学储存和产生的现有技术是昂贵或低效或二者同时涉及的。一般来说，电池可以高效地储存和供应电力，但是受到容量(总能量)限制。另外，流体电池受电力密度和响应时间的限制。燃料电池通常被描述为可连续运行的电池或电化学引擎。典型的燃料电池由两个电极(一个阳极和一个阴极)和插在阳极和阴极之间的膜构成。燃料电池通过电化学过程将燃料燃烧能量(例如氢)转化成电力来运行。所述过程通过对发生在催化剂表面的可控的氧化还原反应所释放的电子的控制来实现，所述催化剂分散在电极上。再生式燃料电池通常在严酷的环境中运行，所述环境可能对燃料电池中的催化剂活性有不利的影响。例如，一个关于利用氢卤酸电解质的再生式燃料电池中的催化剂活性的重要问题是，卤化物对氢催化剂的毒害。膜不能完全阻止电解质跨过电池的一侧到达另一侧。例如，在三溴化氢燃料电池(hydrogen tri-bromide fuel cell, HTBFC)中，溴化物(例如，三溴化物)扩散至氢电极并且毒害催化剂。尽管在包含卤素离子的溶液中氢的氧化/析氢反应很快速并且其过电压相比于可再生电池中的其他电压损失很低这样的事实，但是在再生式燃料电池中催化剂被严重毒害，并且这提高了氢电极的过电压。对能量储存和产生技术的接受取决于其循环寿命和性能容量。具体地，就再生式燃料电池而言，除了直接模式外，它们还能以可逆的模式运行，消耗电能和直接反应的产物，从而产生直接反应的反应物。对于再生式燃料电池(例如氢/溴燃料电池)，限制其循环寿命和效率的重要因素是运行燃料电池的材料的降解。这些材料在高的温度下长期暴露于高腐蚀性的溴电解质中。需要将能量储存和产生装置与可再生能源一起广泛应用。这样的储存和产生装置在多种能量供应和多种能量需求的匹配中很有用。 需要在严酷环境中稳定运行的能量储存和产生系统，例如，在卤素离子或卤素离子的混合物的存在下再生式燃料电池中的充电反应和放电反应二者。此外，还需要能够在同一系统中进行析氢反应(HER)和氢的氧化反应(HOR) 二者的能量储存和产生系统。理想的是在本领域中提供低成本(例如，低成本的电解质)、快响应时间且具有可接受的寿命和性能的能量储存和产生系统。本公开提供了很多优点，其通过以下描述将会变得明显。
技术实现思路
本公开一般性涉及能量储存和产生系统，例如，流体电池和氢燃料电池的组合，其在严酷的环境中表现出运行稳定性，例如在卤素离子或卤素离子的混合物的存在下在再生式燃料电池中的充电反应和放电反应二者。本公开还涉及能够在相同的系统中进行析氢反应(HER)和氢的氧化反应(HOR) 二者的能量储存和产生系统。本公开还涉及低成本、快响应时间以及可接受的寿命和性能的能量储存和产生系统。本公开部分涉及这样的能量储存和产生系统，其包括适合容纳电解质的至少一个容器，适合容纳气体的至少一个容器，和再生式燃料电池的一个或更多个堆。再生式燃料电池包括壳；具有第一表面和第二表面的固体电解质膜，其设置在壳中以将壳分隔成阳极侧和阴极侧；形成在第一表面上以连接第一表面和阳极侧的阳极；形成在第二表面上以连接第二表面和阴极侧的阴极。阳极包括载体和分散在其上的催化剂。阴极包括载体和任 选地分散在其上的催化剂。分散在阳极载体上的催化剂和任选地分散在阴极载体上的催化剂相同或不同，并且能够在电解质或电解质的混合物(例如卤素离子或卤素离子的混合物)的存在下，催化再生式燃料电池中的充电反应和放电反应。适合容纳电解质的至少一个容器与再生式燃料电池的一个或更多个堆流体连通，并且再生式燃料电池的一个或更多个堆与适合容纳电解质的至少一个容器流体连通，从而形成至少一个电解质循环回路。适合容纳气体的至少一个容器与再生式燃料电池的一个或更多个堆流体连通，并且再生式燃料电池的一个或更多个堆与适合容纳气体的至少一个容器流体连通，从而形成至少一个气体循环回路。本公开还部分涉及这样的能量储存和产生系统，其包括适合容纳电解质的至少一个容器，适合容纳气体的至少一个容器，和再生式燃料电池的一个或更多个堆，其包括溶液或电解质室、气体室以及设置在溶液或电解质室和气体室之间的膜电极组合件(MEA)。膜电极组合件(MEA)包括阳极、阴极以及设置在阳极和阴极之间的固体电解质膜。阳极面向气体室而阴极面向溶液或电解质室。阳极包括载体和分散在其上的催化剂。阴极包括载体和任选地分散在其上的催化剂。分散在阳极载体上的催化剂和任选地分散在阴极载体上的催化剂相同或不同。并且能够在电解质或电解质的混合物(例如卤素离子或卤素离子的混合物)的存在下，催化再生式燃料电池中的充电反应和放电反应。适合容纳电解质的至少一个容器与再生式燃料电池的一个或更多个堆流体连通，并且再生式燃料电池的一个或更多个堆与适合容纳电解质的至少一个容器流体连通，从而形成至少一个电解质循环回路。适合容纳气体的至少一个容器与再生式燃料电池的一个或更多个堆流体连通，并且再生式燃料电池的一个或更多个堆与适合容纳气体的至少一个容器流体连通，从而形成至少一个气体循环回路。本公开该部分涉及这样的能量储存和产生系统，其包括适合容纳电解质的至少一个容器，适合容纳气体的至少一个容器，和再生式燃料电池的一个或更多个堆，再生式燃料电池包括阳极、阴极以及设置在阳极和阴极之间的固体电解质膜。阳极包括载体和分散在其上的催化剂。阴极包括载体和任选地分散在其上的催化剂。分散在阳极载体上的催化剂和任选地分散在阴极载体上的催化剂相同或不同。并且能够在电解质或电解质的混合物(例如卤素离子或卤素离子的混合物)的存在下，催化燃料和氧化剂之间的反应以产生电流。适合容纳电解质的至少一个容器与再生式燃料电池的一个或更多个堆流体连通，并且再生式燃料电池的一个或更多个堆与适合容纳电解质的至少一个容器流体连通，从而形成至少一个电解质循环回路。适合容纳气体的至少一个容器与再生式燃料电池的一个或更多个堆流体连通，并且再生式燃料电池的一个或更多个堆与适合容纳气体的至少一个容器流体连通,从而形成至少一个气体循环回路。本公开还部分涉及在燃料电池堆内维持不同电解质和气体压力的方法，所述方法包括检测在所述燃料电池堆内的电解质和气体的压力；和将进入所述燃料电池堆的电解质的压力控制为足以维持与所述燃料电池堆内的气体压力不同的所述电解质压力。本公开还部分涉及用来储存和产生能量的方法。所述方法包括提供这样的能量储存和产生系统，所述能量储存和产生系统包括适合容纳电解质的至少一个容器；适合容纳气体的至少一个容器；和再生式燃料电池的一个或更多个堆。再生式燃料电池包括壳，具有第一表面和第二表面的固体电解质膜，其设置在壳中以将壳分隔成阳极侧和阴极侧；设置本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.01.25 US 61/297,8531.一种能量储存和产生系统，包括 适合容纳电解质的至少一个容器； 适合容纳气体的至少一个容器； 再生式燃料电池的一个或更多个堆，所述再生式燃料电池包括壳；具有第一表面和第二表面的固体电解质膜，所述固体电解质膜设置在所述壳中以将所述壳分隔成阳极侧和阴极侧；阳极，其设置在所述第一表面上以连接所述第一表面和所述阳极侧；阴极，其设置在所述第二表面上以连接所述第二表面和所述阴极侧；所述阳极包括载体和分散在其上的催化剂；所述阴极包括载体和任选地分散在其上的催化剂；其中，分散在所述阳极载体上的催化剂和任选地分散在所述阴极载体上的催化剂是相同或不同的，并且能够在电解质或电解质混合物的存在下，催化所述再生式燃料电池中的充电反应和放电反应； 其中所述适合容纳电解质的至少一个容器与所述再生式燃料电池的一个或更多个堆流体连通，并且所述再生式燃料电池的一个或更多个堆与所述适合容纳电解质的至少一个容器流体连通，以至少形成电解质循环回路；并且 其中所述适合容纳气体的至少一个容器与所述再生式燃料电池的一个或更多个堆流体连通，并且所述再生式燃料电池的一个或更多个堆与所述适合容纳气体的至少一个容器流体连通，以至少形成气体循环回路。2.根据权利要求I所述的能量储存和产生系统，其中所述电解质循环回路包括一个或更多个阀、一个或更多个泵和任选的压力平衡管线。3.根据权利要求I所述的能量储存和产生系统，其中所述气体循环回路包括一个或更多个阀、一个或更多个泵、气体净化器、液体吸收器、气体循环喷射器和任选的气体压缩器。4.根据权利要求I所述的能量储存和产生系统，其中所述再生式燃料电池的一个或更多个堆还包括(i)电解质进料入口开口和电解质进料管线，所述电解质进料管线从所述电解质进料入口开口、从所述再生式燃料电池的一个或更多个堆向外延伸，所述电解质进料管线与所述适合容纳电解质的至少一个容器流体连通，用于将电解质递送到所述再生式燃料电池的一个或更多个堆中；和(ii)电解质排放入口开口和电解质排放管线，所述电解质排放管线从所述电解质排放入口开口、从所述再生式燃料电池的一个或更多个堆向外延伸，所述电解质排放管线与所述适合容纳电解质的至少一个容器流体连通，用于从所述再生式燃料电池的一个或更多个堆中移出电解质。5.根据权利要求4所述的能量储存和产生系统，其中所述电解质进料管线的靠近所述电解质进料入口开口的至少一部分具有卷绕构型，并且所述电解质排放管线的靠近所述电解质排放入口开口的至少一部分具有卷绕构型。6.根据权利要求5所述的能量储存和产生系统，其中所述电解质进料管线的靠近所述电解质进料入口开口且具有卷绕构型的的至少一部分的直径和长度与所述电解质排放管线的靠近所述电解质排放入口开口且具有螺旋构型的至少一部分的直径和长度可以相同或不同。7.根据权利要求I所述的能量储存和产生系统，其中所述电解质包括酸、酸的混合物、铁盐及其共轭酸、或者铁盐及其共轭酸的混合物。8.根据权利要求I所述的能量储存和产生系统，其中所述气体包括氢。9.根据权利要求I所述的能量储存和产生系统，其中增加或减少所述再生式燃料电池的堆以产生期望的电功率水平。10.根据权利要求I所述的能量储存和产生系统，其中所述再生式燃料电池的堆串联地机械连接。11.根据权利要求I所述的能量储存和产生系统，其中所述再生式燃料电池的堆串联地电连接。12.根据权利要求11所述的能量储存和产生系统，其中串联地电连接的所述再生式燃料电池的堆通过电子器件进行连接，所述电子器件具有没有电连接到其输出的输入。13.根据权利要求12所述的能量储存和产生系统，其中所述电子器件是DC/DC转换器或DC/AC转换器。14.根据权利要求I所述的能量储存和产生系统，还包括气体净化器，所述气体净化器 包括足以从气体减少或消除腐蚀性成分的催化剂。15.根据权利要求I所述的能量储存和产生系统，其中在所述一个或更多个燃料电池堆内所述电解质和气体维持在不同的压力下。16.根据权利要求I所述的能量储存和产生系统，其中所述固体电解质膜包括质子传导膜。17.根据权利要求I所述的能量储存和产生系统，其中对于包括载体和分散在其上的催化剂的所述阳极，所述催化剂包括至少一种贵金属。18.根据权利要求I所述的能量储存和产生系统，其中对于包括载体和任选地分散在其上的催化剂的所述阴极，所述催化剂包括碳粉或至少一种贵金属与碳粉。19.根据权利要求I所述的能量储存和产生系统，其中分散在所述阳极上的催化剂和任选地分散在所述阴极上的催化剂是相同或不同的，并且能够在卤素离子或卤素离子混合物的存在下催化所述再生式燃料电池中的充电反应和放电反应。20.根据权利要求I所述的能量...

【专利技术属性】
技术研发人员：埃马努埃尔·佩莱德，阿尔农·布卢姆，阿迪·阿哈龙，尼娜·特拉维茨基，亚龙·康拉，伊多·特萨米尔，弗拉迪米尔·策尔，科比·萨阿迪，迈塔尔·阿隆，罗伊·戈伦施泰因，
申请(专利权)人：雷蒙特亚特特拉维夫大学有限公司，
类型：发明
国别省市：