[发明专利]用于电能的大规模存储的改善的工业设备

说明书

技术领域

本发明涉及用于能量的大规模存储的改善的工业设备以及用于通过此设备存储和传输电能的方法。

背景技术

在化石燃料燃烧发电站的情况下，电能的产生伴随着CO₂的排放，并且因此对温室效应有明显影响。基于可再生能源载体的能量的产生，例如，风能，太阳能，地热或者水电，避免了此缺点。然而，目前这些可再生能源的载体每当根据消耗情况而需要时却是不可得的。另外，能量产生位置可以不同于能量消耗位置。为了补偿系统中的此固有缺点，存储、缓冲和可能地传输产生的能量是必需的。

不能连续获得来自如风轮机、太阳能面板的能量。供需之间不匹配。在这些边界条件下不能获得专门基于可再生能源且仍然稳定的电网。因此，存在对通过具有高效率的廉价且能量有效（energy efficient）的系统来均衡并缓冲这些波动的需要。

由于地理、气候和/或地质边界条件，在地球上的许多人烟稀少的地区，例如，撒哈拉、冰岛或者“近海”，存在通过风力发电站、太阳能电站或者地热电站从风、太阳或者地热高效率产生电能的潜力。然而，缺少向高消耗地区传输能量的工业方法。传统传输系统受限于网格损耗和网格建设的成本。氢技术，其中产生的电能被就地转化为氢并且随后在燃料电池中转化为电能，具有约20%的效率，然而却由于氢的传输和液化消耗了大部分的能量而没有吸引力。

大量电能的存储和电能的远距离传输两者都是至今没有被满意解决的问题。目前，利用水的大地高度差的势能转化功率的抽水蓄能电站被用于储存工业级电能。然而，这样的抽水蓄能电站的建设受限于地理和生态边界条件。其中空气压缩用于能量存储的抽水蓄能电站也受到限制，因为他们的效率相对低。如超级电容器或者飞轮（flywheel）的其它形式的能量存储处理其它目标市场（短期存储）。电池最接近于此要求并且已经在各种设计中实现工业应用。

DE-A-2635900公开了一种电池，其包括作为阳极的至少一种熔体碱金属材料以及阴极反应剂，其与阳极反应剂的反应性是电化学可逆的。阴极反应剂包括熔体多硫化物盐或者包括硫熔体和充满硫熔体的多硫化物盐构成的两相成分。此电池还包括用于在阳极反应区域和阴极反应区域之间的质量传输阳离子渗透阻挡层。

DE-A-2610222公开了一种包括多个钠硫基元的电池，其中每个基元具有1)包括阴极反应剂的阴极隔舱2)阴极反应剂在操作温度下为液态并且由硫、磷或者硒或者这些元素的碱盐构成、包括阳极反应剂的至少一个固体电解质管，阳极反应剂在操作温度下是液态并且由具体地为钠的碱金属构成以及还有阳极容器3）其包括阳极反应剂的储存器。

从EP-A-116690已公知连接多个钠硫电池作为电能储存系统的模块。

所有这些电池是能量储存受包括在电池中的反应剂(氧化还原搭档)的数量限制的封闭系统。通过流电池（flow battery）减少了此限制。此电池概念基于包括溶剂和金属盐的液态电解质。可以通过包括反应剂的第二存储容器增加传统电池的存储量限制。

DE-A-2927868公开了在具有通过半透离子交换膜互相分开的阳极隔舱和阴极隔舱的电化学基元中用于存储和释放电能的流电池，其中向阳极隔舱提供阳极液溶液、在阳极液溶液中保持基本溶解并且可以从其氧化形式再次还原的可氧化化合物，氧化的阳极液溶液从阳极液部件移走并且储存氧化的阳极液溶液。同时，向阴极隔舱提供阴极液溶液、在阴极液溶剂中保持基本溶解并且可以从其还原形式再次氧化的可还原化合物。阳极液溶液和阴极液溶液可以储存在两个对应的容器中并且通过循环泵穿过阳极隔舱和阴极隔舱循环。阴极液溶液可以，例如，包括六价铬并且阳极溶液可以包括二价铬。

DE-A-1771148和US-A-3533848公开了一种用于通过钠和硫的电化学结合获得电能的系统，其中该系统具有对具有用于钠和硫的相邻空间的钠离子可渗透的膈膜、基元外的用于储存钠的容器、将钠从储存容器向燃料电池输送的管线、电池外的用于储存硫的容器以及将硫从储存容器向电池输送的管线。这些电池可以，例如，串联电连接。

从JP-A-2001118598可以知道钠硫电池用两个或者更多矩阵形式的用于熔体钠或者熔体硫的圆筒操作。

从JP-A-2002184456可以知道钠硫电池通过以固定方式连接到电池的用于硫的外部存储箱操作。

在公知的钠硫电池中及其作为流电池的实施例中，在时间和空间中耦合存储在开始材料钠和硫中的能量的输入和通过钠和硫的反应形成硫化钠和/或多硫化钠的放电。

发明内容