[發明專利]能量儲存和產生系統

有效

• 申請號: 201180007112.4
• 申請日: 2011-01-24
• 公開（公告）號: CN102725894A
• 公開（公告）日: 2012-10-10
• 發明（設計）人: 埃馬努埃爾·佩萊德;阿爾農·布盧姆;阿迪·阿哈龍;尼娜·特拉維茨基;亞龍·康拉;伊多·特薩米爾;弗拉迪米爾·策爾;科比·薩阿迪;邁塔爾·阿隆;羅伊·戈倫施泰因
• 申請（專利權）人: 雷蒙特亞特特拉維夫大學有限公司
• 主分類號: H01M4/90
• 分類號: H01M4/90;H01M8/02;H01M8/18;H01M8/04;H01M8/06;H01M8/10
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 顧晉偉;王春偉

技術領域

本公開涉及在嚴酷的環境(例如在鹵素離子或鹵素離子混合物的存在下再生式燃料電池中的充電反應和放電兩種反應)中表現出運行穩定性的能量儲存和產生系統，例如，流體電池和氫燃料電池的組合。本公開還涉及能夠在相同的系統中進行析氫反應(HER)和氫的氧化反應(HOR)二者的能量儲存和產生系統。本公開還涉及低成本、快響應時間且具有可接受的壽命和性能的能量儲存和產生系統。

背景技術

有若干用于能量儲存和產生的技術。可以將這些技術分成三個小組：機械的包括抽蓄水力、壓縮空氣、飛輪等；電的包括超級電容器、超導磁體等；電化學的包括電池、流體電池、儲氫等。電化學儲存和產生的現有技術是昂貴或低效或二者同時涉及的。一般來說，電池可以高效地儲存和供應電力，但是受到容量(總能量)限制。另外，流體電池受電力密度和響應時間的限制。

燃料電池通常被描述為可連續運行的電池或電化學引擎。典型的燃料電池由兩個電極(一個陽極和一個陰極)和插在陽極和陰極之間的膜構成。燃料電池通過電化學過程將燃料燃燒能量(例如氫)轉化成電力來運行。所述過程通過對發生在催化劑表面的可控的氧化還原反應所釋放的電子的控制來實現，所述催化劑分散在電極上。

再生式燃料電池通常在嚴酷的環境中運行，所述環境可能對燃料電池中的催化劑活性有不利的影響。例如，一個關于利用氫鹵酸電解質的再生式燃料電池中的催化劑活性的重要問題是，鹵化物對氫催化劑的毒害。膜不能完全阻止電解質跨過電池的一側到達另一側。例如，在三溴化氫燃料電池(hydrogen?tri-bromide?fuel?cell，HTBFC)中，溴化物(例如，三溴化物)擴散至氫電極并且毒害催化劑。盡管在包含鹵素離子的溶液中氫的氧化/析氫反應很快速并且其過電壓相比于可再生電池中的其他電壓損失很低這樣的事實，但是在再生式燃料電池中催化劑被嚴重毒害，并且這提高了氫電極的過電壓。

對能量儲存和產生技術的接受取決于其循環壽命和性能容量。具體地，就再生式燃料電池而言，除了直接模式外，它們還能以可逆的模式運行，消耗電能和直接反應的產物，從而產生直接反應的反應物。對于再生式燃料電池(例如氫/溴燃料電池)，限制其循環壽命和效率的重要因素是運行燃料電池的材料的降解。這些材料在高的溫度下長期暴露于高腐蝕性的溴電解質中。

需要將能量儲存和產生裝置與可再生能源一起廣泛應用。這樣的儲存和產生裝置在多種能量供應和多種能量需求的匹配中很有用。

需要在嚴酷環境中穩定運行的能量儲存和產生系統，例如，在鹵素離子或鹵素離子的混合物的存在下再生式燃料電池中的充電反應和放電反應二者。此外，還需要能夠在同一系統中進行析氫反應(HER)和氫的氧化反應(HOR)二者的能量儲存和產生系統。理想的是在本領域中提供低成本(例如，低成本的電解質)、快響應時間且具有可接受的壽命和性能的能量儲存和產生系統。

本公開提供了很多優點，其通過以下描述將會變得明顯。

發明內容

本公開一般性涉及能量儲存和產生系統，例如，流體電池和氫燃料電池的組合，其在嚴酷的環境中表現出運行穩定性，例如在鹵素離子或鹵素離子的混合物的存在下在再生式燃料電池中的充電反應和放電反應二者。本公開還涉及能夠在相同的系統中進行析氫反應(HER)和氫的氧化反應(HOR)二者的能量儲存和產生系統。本公開還涉及低成本、快響應時間以及可接受的壽命和性能的能量儲存和產生系統。

本公開部分涉及這樣的能量儲存和產生系統，其包括：適合容納電解質的至少一個容器，適合容納氣體的至少一個容器，和再生式燃料電池的一個或更多個堆。再生式燃料電池包括：殼；具有第一表面和第二表面的固體電解質膜，其設置在殼中以將殼分隔成陽極側和陰極側；形成在第一表面上以連接第一表面和陽極側的陽極；形成在第二表面上以連接第二表面和陰極側的陰極。陽極包括載體和分散在其上的催化劑。陰極包括載體和任選地分散在其上的催化劑。分散在陽極載體上的催化劑和任選地分散在陰極載體上的催化劑相同或不同，并且能夠在電解質或電解質的混合物(例如鹵素離子或鹵素離子的混合物)的存在下，催化再生式燃料電池中的充電反應和放電反應。適合容納電解質的至少一個容器與再生式燃料電池的一個或更多個堆流體連通，并且再生式燃料電池的一個或更多個堆與適合容納電解質的至少一個容器流體連通，從而形成至少一個電解質循環回路。適合容納氣體的至少一個容器與再生式燃料電池的一個或更多個堆流體連通，并且再生式燃料電池的一個或更多個堆與適合容納氣體的至少一個容器流體連通，從而形成至少一個氣體循環回路。