[發明專利]大規模儲能的金屬氫電池

在審

• 申請號: 201880050711.6
• 申請日: 2018-08-08
• 公開（公告）號: CN111033883A
• 公開（公告）日: 2020-04-17
• 發明（設計）人: 崔屹;陳維
• 申請（專利權）人: 里蘭斯坦福初級大學理事會
• 主分類號: H01M12/08
• 分類號: H01M12/08;H01M4/86;H01M4/90;H01M4/134;H01M4/80;H01M8/04082;H01M8/04089;H01M4/88
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 張全信

金屬氫電池包括第一電極、第二電極和設置在第一電極和第二電極之間的電解液。第二電極包括雙功能催化劑，以催化在第二電極處的氫析出反應和氫氧化反應。

相關申請的交叉引用

本申請要求2017年8月11日提交的美國臨時申請62/544,508的權益，其全部內容通過引用合并于此。

背景技術

為了使諸如風能和太陽能之類的可再生能源與傳統的化石燃料競爭，應當開發大規模的能量存儲系統以減輕其固有的間歇性。成本(每千瓦時美元($kWh^-1))和長期使用壽命是大規模儲能的最大優點。當前，抽水水電蓄能在電網儲能市場中占據主導地位，因為它是長時間(約50年)存儲大量能量的便宜的方式(約$100kWh^-1)，但由于缺乏合適的場所和環境足跡而受到限制。其他技術例如壓縮空氣和飛輪儲能顯示出一些不同的優勢，但是它們的相對較低的效率和較高的成本對于電網存儲應顯著改善?？沙潆婋姵貫獒槍Φ统杀?、高容量和高度可靠的大規模儲能系統提供了巨大的機會。電池技術的代表包括鉛酸、氧化還原流、鋰離子、鈉硫和液態金屬；然而，由于各種未解決的問題，這些技術幾乎不能滿足大型公用事業市場的總體經濟標準。為了實現美國能源部(DOE)的$100kWh^-1的電網存儲目標，改進電池技術和先進材料是非常有必要的，但是卻非常具有挑戰性。

在這種背景下，需要開發本公開的實施方式。

發明內容

在一些實施方式中，金屬氫電池包括(1)第一電極，(2)第二電極，以及(3)布置在第一電極和第二電極之間的電解液。第二電極包括雙功能催化劑，以催化在第二電極處的氫析出反應和氫氧化反應。

在一些實施方式中，金屬氫電池包括：(1)陰極，該陰極包括包含過渡金屬的氧化還原反應材料；(2)催化氫陽極，其包括包含過渡金屬合金的雙功能催化劑，以及(3)置于陰極和催化氫陽極之間的堿性電解液。

在一些實施方式中，催化氫電極的制造方法包括：(1)提供導電基底和與該導電基底接觸的沉積溶液，其中該沉積溶液包括雙功能催化劑的前體，和(2)進行電沉積以形成覆蓋導電基底的雙功能催化劑的涂層。

也考慮本公開的其他方面和實施方式。前述概述和以下詳細描述并不旨在將本公開限制于任何特定實施方式，而僅旨在描述本公開的一些實施方式。

附圖說明

為了更好地理解本公開的一些實施方式的性質和目的，應當參考結合附圖參看以下詳細描述。

圖1.高級Ni-H₂圓柱形電池。a，Ni-H₂圓柱形電池設計示意圖。b，Ni-H₂電池的電極配置和規格。c，橫截面掃描電子顯微鏡(SEM)圖像顯示陰極的厚度約700μm；比例尺，100μm。小圖SEM圖像顯示，陰極由Ni(OH)₂微球組成；比例尺，5μm。緊湊的Ni(OH)₂陰極相對于活性Ni(OH)₂具有約2.6g cm^-3的高堆密度和約182mg cm^-2的質量載荷。d，3DNiMoCo陽極的SEM；比例尺，100μm。小圖SEM顯示鎳泡沫上的NiMoCo納米顆粒；比例尺，1μm。NiMoCo陽極的厚度約為200μm。

圖2.高級Ni-H₂圓柱形電池的電化學性能。a，在約50mA的電流下電池的恒電流充放電曲線。b，電池在約100mA的恒定電流下的循環穩定性。