能量储存和产生系统

摘要

本公开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，其能够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。本公开还涉及成具有低成本、快响应时间以及可以接受的寿命和性能的能量储存和产生系统。

主权项

一种能量储存和产生系统，包括：适合容纳电解质的至少一个容器；适合容纳气体的至少一个容器；再生式燃料电池的一个或更多个堆，所述再生式燃料电池包括壳；具有第一表面和第二表面的多孔质子传导膜，所述多孔质子传导膜设置在所述壳中以将所述壳分隔成阳极侧和阴极侧；阳极，其设置在所述第一表面上以连接所述第一表面和所述阳极侧；阴极，其设置在所述第二表面上以连接所述第二表面和所述阴极侧；所述阳极包括载体和分散在其上的催化剂；所述阴极包括载体；其中，分散在所述阳极载体上的催化剂能够在电解质或电解质混合物的存在下，催化所述再生式燃料电池中的充电反应和放电反应；其中所述适合容纳电解质的至少一个容器与所述再生式燃料电池的一个或更多个堆流体连通，并且所述再生式燃料电池的一个或更多个堆与所述适合容纳电解质的至少一个容器流体连通，以至少形成电解质循环回路；其中所述适合容纳气体的至少一个容器与所述再生式燃料电池的一个或更多个堆流体连通，并且所述再生式燃料电池的一个或更多个堆与所述适合容纳气体的至少一个容器流体连通，以至少形成气体循环回路；其中所述多孔质子传导膜具有小于30nm的直径尺寸的孔并包含：(i)5体积％至60体积％的具有酸吸附能力的不导电无机粉末，其中所述粉末包含基本上亚微米的颗粒；(ii)5体积％至50体积％的与酸、氧和燃料化学相容的聚合物粘合剂；和(iii)10体积％至90体积％的酸或酸的水溶液，其中所述再生式燃料电池的一个或更多个堆还包括(i)电解质进料入口开口和电解质进料管线，所述电解质进料管线从所述电解质进料入口开口、从所述再生式燃料电池的一个或更多个堆向外延伸，所述电解质进料管线与所述适合容纳电解质的至少一个容器流体连通，用于将电解质递送到所述再生式燃料电池的一个或更多个堆中；和(ii)电解质排放出口开口和电解质排放管线，所述电解质排放管线从所述电解质排放出口开口、从所述再生式燃料电池的一个或更多个堆向外延伸，所述电解质排放管线与所述适合容纳电解质的至少一个容器流体连通，用于从所述再生式燃料电池的一个或更多个堆中移出电解质，其中所述电解质进料管线的靠近所述电解质进料入口开口的至少一部分具有卷绕构型，并且所述电解质排放管线的靠近所述电解质排放出口开口的至少一部分具有卷绕构型，并且所述电解质进料管线的靠近所述电解质进料入口开口的具有卷绕构型的至少一部分的长度和直径、以及所述电解质排放管线的靠近所述电解质排放出口开口的具有卷绕构型的至少一部分的长度和直径由下式确定R＝3.14*(D/2)²*X*S，V(伏特)‑在串联连接的堆的阵列中的总电压，I(安培)‑每个堆的工作电流，L(％)‑已证实的在系统中分路电流损失的百分比，IL(安培)‑因分路电流引起的电流损失＝I＊L，R(欧姆)‑管离子电阻＝V/IL，S(欧姆/cm³)‑溶液电阻，D(cm)‑管直径，X(cm)‑管长度。