[发明专利]在燃料电池堆内维持不同电解质和气体压力的方法

说明书

本申请是申请日为2011年1月24日、申请号为201180007112.4、发明名称为“能量储存和产生系统”(PCT/IB2011/000099，进入国家阶段日期2012年7月25日)之申请的分案申请。

技术领域

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。

背景技术

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。

发明内容

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。