[发明专利]用于在固体物质中储存电能的方法

说明书

方法包括两个技术段(i)还原段和(ii)氧化段，两个技术段通过用于溶液和气体再生及热回收的各种辅助技术过程相互连接。还原段包括电解，由能量载体的氯化物盐溶液实施电解。在电解期间，这些元素还原为较低的氧化态、在电极上固化或沉淀为固态。因此获取的固体物质是能量载体，所述能量载体可在电解槽外被储存，直至出现对附加能量的需求为止。电解期间生成氯气气体，氯气气体被收集并被溶解在水中。再生用于氧化段中的HCl溶液。该过程中释放氧气。因此，已以能量载体的氧化势储存的能量在氧化段中的能量载体与HCl溶液之间的自发化学反应期间被释放。在该化学反应中，构成能量载体的化学元素的氧化态被增加到与从电解开始之前相同的氧化态。形成反应产物氢气，氢气代表高热燃料。该燃料可通过已知的方法被立即转化成热或电能，而无需中间储存。只有水进入整个方法，氧气和氢气离开，而对于其余物质，循环是闭合/周期性的。

发明目的

本发明涉及一种新的用于在固体物质中储存电能的方法。方法基于金属中的原子在电能储存段中的还原和它们在能量释放段中的氧化。

现有技术

自从由非恒定源获取的电能的份额在电网中增加以来，对储存所产电能的不定时盈余的需求不断增长。非恒定生产源是这样的源，其中所产生的电能的量根据天气状况(风力和太阳能)、一天中所处的时间(潮汐、太阳能)或季节(太阳热能、水电)波动。电能在它的生产超过消耗的阶段中被储存并在消耗超过生产时被增加到输电网。电网中这样的电力调节对于维护电网的稳定和防止输电网崩溃是必要的。不具有储存盈余电能可行性的系统必须通过燃烧燃料(比如，燃气、燃油、木炭和核燃料)的发电厂的电能生产的减少和增加来调节生产和消耗。这是有要求的过程，它使电力输出减少并降低这些发电厂的经济可行性。

更重要的用于储存来自输电网的盈余电能的技术是抽水蓄能发电厂、在各种类型的电池中储存、以可膨胀的压缩或液化空气的形式进行储存、在超级电容器中储存、或者以飞轮的机械能、热能或化学能的形式。电能被以化学能的形式储存，方式为使用电能来合成具有高能量值的化合物比如氢气、甲烷、甲醇和碳氢化合物。

在所有化学储存方式中，氢气储存是当前在技术和经济上最合适的。在这种方法中，盈余电能经由水的电解被用于产生氢气。氢气具有非常低的体积能量密度，这是氢气大多以压缩或液化方式储存的原因；该过程对能量要求很高。此外，如果氢气储存时间较长，由于氢气的高扩散性，氢气会通过储存容器的壁逸出，这继而降低了能量产额。氢气的化学能在燃料电池中或通过直接燃烧被转化为电能。该循环的总效率相对较低而仅达到约30％，其中40％的损失发生在电解中而10％在氢气的压缩和储存中。燃料电池中将该氢气转化为电能的效率约为50％。尽管具有低的效率，然而由于一系列的比较优势，比如较低的材料成本、较高的储存能量密度和缓慢的放电，因此这种电能储存在经济上可与以电池进行储存相比较。盈余电能以氢气形式储存的总体经济性的进一步改善基于上述参数的改善和在该技术的单独各段中效率的提高及能量损失的减少。

电能在固体物质中的储存限于电池的某些变型以及电容器和超级电容器，在电池的变型中，能量以阳极和阴极之间的离子梯度的形式储存，而在电容器和超级电容器中能量以电荷梯度的形式储存。迄今为止，仅描述过几种用于以固体物质的氧化势进行电能储存的方法。基本原理包括电解法，利用电解提高一固体物质的氧化势，将该固体物质用作所储存的电能的载体(下文中称为：能量载体)。该固体物质可被储存期望长的时间，并在需要能量的情况下，通过还原反应释放该氧化势并利用该氧化势来获取诸如氢气、甲烷等的气体能量载体(下文中称为：燃料)。这种燃料可不经中间储存而直接被用来获取热或电能。