時(shí)，電池71將不需要裝置77以進(jìn)一步引導(dǎo)電化學(xué)電池堆周?chē)牧鲃?dòng)。
[0138]圖9b和9c是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的電化學(xué)裝置的示意圖，特征在于單個(gè)重復(fù)單元85如在圖9a中所示，所述單個(gè)重復(fù)單元在一端密封以使進(jìn)入的氣體在各單個(gè)單元內(nèi)完全轉(zhuǎn)化，其中用于轉(zhuǎn)化和儲(chǔ)存轉(zhuǎn)化的產(chǎn)物的裝置包括在燃料電極中。所述電化學(xué)裝置示為在其充電模式，即圖％，和放電模式，即圖9c下的操作。
[0139]圖10是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的電化學(xué)裝置的單個(gè)重復(fù)單元86的示意圖，特征在于單個(gè)重復(fù)單元具有管狀幾何結(jié)構(gòu)，所述管狀幾何結(jié)構(gòu)在管的中心具有以多孔圓柱狀物呈現(xiàn)的碳固定器92。單個(gè)重復(fù)單元86由通過(guò)電解質(zhì)90的致密層分開(kāi)的多孔正極89和多孔負(fù)極91組成。在前面的實(shí)施例中，電化學(xué)電池是用平面形狀描繪的，然而可使用任何合適的幾何結(jié)構(gòu)制造電化學(xué)裝置。在本實(shí)施方案中，碳固定器92是與負(fù)極91 一起在同一氣體室87中，如圖6中的夾層54，以及額外地碳固定器92如圖4中的碳固定器32 —樣也可以是一個(gè)可移動(dòng)的盒。圖10中示出了充電模式中的氣體流動(dòng)。在管的中央腔室87中供應(yīng)0)/0)2反應(yīng)氣體混合物，在那里通過(guò)在負(fù)極91發(fā)生的CO2電解它富含CO并且碳通過(guò)Boudouard反應(yīng)在碳固定器92中淀積。如在圖6、7、8和9中，兩個(gè)反應(yīng)沿著流動(dòng)通道同時(shí)發(fā)生，由于Boudouard反應(yīng)區(qū)域與電化學(xué)反應(yīng)區(qū)域極為接近，導(dǎo)致氣體組分在遍布裝置的所有地方近似相同。在多孔正極89處產(chǎn)生氧氣。致密連接器88為電流提供高傳導(dǎo)路徑。在管狀電池中，連接器也可以可選擇地為多孔的而不是致密的，因?yàn)殡娊赓|(zhì)90可以單獨(dú)提供氣體室的分離，在這種情況下，附加的連接器層也可以存在于負(fù)極91和碳固定器92之間。圖10示出兩端均打開(kāi)的管狀電池，其中密封發(fā)生在電解質(zhì)90的各端上，電流從電極和連接器的各端收集。類(lèi)似于圖7和圖9，單元86也可以在一端封閉，以獲得被動(dòng)流型電池。碳固定器92可包括催化Boudouard反應(yīng)的多孔金屬泡沫，或者它可包括由不催化Boudouard反應(yīng)的材料組成的多孔金屬或陶瓷基體，其上涂覆有不催化Boudouard反應(yīng)的材料。單個(gè)重復(fù)單元86的集合排列成堆疊體以組成可充電電池。
[0140]圖11是在不同壓力(1、10和100個(gè)大氣壓)下的Boudouard反應(yīng)的熱力學(xué)平衡的圖示，其中示出CO2的分壓相對(duì)于溫度的表現(xiàn)。當(dāng)供給的co/co2氣體混合物中0)2摩爾分?jǐn)?shù)低于曲線上所示的時(shí)，Boudouard反應(yīng)將沉積碳并將CO轉(zhuǎn)化為CO2，直到達(dá)到平衡CO/〇02混合物。當(dāng)供給的C0/C0 2氣體混合物中CO 2摩爾分?jǐn)?shù)高于曲線上所示的時(shí)，Boudouard反應(yīng)將氣化碳與CO2以得到CO，直到達(dá)到平衡0)/0)2混合物?；诳沙潆婋姵氐脑O(shè)計(jì)，使用此熱力學(xué)數(shù)據(jù)可選擇合適的操作狀態(tài)。
[0141]圖12是是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的電化學(xué)裝置的示意圖，其中，幾個(gè)電池在不同溫度下進(jìn)行操作并排列使得熱量在相鄰電池之間傳遞。在前面的圖中，熱傳遞發(fā)生在一個(gè)電池內(nèi)，使得所述電池在電化學(xué)電池和碳固定器之間幾乎等溫或有小的溫度梯度下操作。圖12中的排列提供了熱流的替代路徑。裝置101包括四個(gè)電池102-105，每個(gè)如前面的圖中都包含電化學(xué)電池堆和碳固定器。圖12a示出在充電模式中的氣體和熱流動(dòng)。CO2或富0)2的C0/C02混合物106被供給到每個(gè)電池，碳在每個(gè)電池內(nèi)沉積，并由每個(gè)電池產(chǎn)生02107。電池102在750 °C下操作，電池103在700 °C下操作，電池104在650 °C下操作，且電池105在600°C下操作。在電池102中，由放熱的碳沉積反應(yīng)產(chǎn)生的熱量被轉(zhuǎn)移108至在電池103中在較低溫度下操作的吸熱的CO2電解反應(yīng)。在電池103中產(chǎn)生的熱量傳遞到電池104等等。電池102-105是由絕緣物109包起。圖12b示出了在放電模式中的氣體和熱流動(dòng)。然而氣體流動(dòng)與充電模式中相反，熱流動(dòng)方向與充電模式中相同。在圖12b中，熱從在電池102中放熱的CO電氧化反應(yīng)流動(dòng)到電池103中吸熱的碳?xì)饣磻?yīng)。在一般情況下，在充電和放電模式中，來(lái)自一個(gè)電池的任何多余的熱量可以在在較低溫度下操作的相鄰的電池中利用。
[0142]也可以排列電池102-105使得氣體流動(dòng)是連續(xù)的，如來(lái)自電池102的出口 C0/C02氣體混合物提供給電池103的入口等，其可被用來(lái)提供非常富含CO2的最終的出口氣體。
[0143]在另一個(gè)實(shí)施方案中，在單個(gè)電池中存在溫度梯度，例如，在堆疊體中第一個(gè)電池在比第二個(gè)電池更高的溫度下操作等。
[0144] 盡管本發(fā)明已經(jīng)結(jié)合具體的實(shí)施方案進(jìn)行了描述，但不應(yīng)被解釋為以任何方式限制為所呈現(xiàn)的實(shí)施例。本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求書(shū)設(shè)定。在權(quán)利要求書(shū)的上下文中，術(shù)語(yǔ)“包括(comprising) ”或“包括(comprises) ”不排除其它可能的要素或步驟。此外，提及的諸如“一個(gè)(a)”或“一個(gè)(an)”等的引用不應(yīng)該被解釋為排除多個(gè)。權(quán)利要求中關(guān)于附圖中示出的要素的標(biāo)號(hào)也不應(yīng)被解釋為限制本發(fā)明的范圍。此外，在不同權(quán)利要求中提到的單獨(dú)的特征，可以有利地被組合，并且在不同權(quán)利要求中這些特征的提及不排除特征的組合是不可能的和不利的。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于儲(chǔ)存電能的可充電電池，所述可充電電池包括: -電化學(xué)電池堆； -用于將由所述電化學(xué)電池堆產(chǎn)生的至少一種產(chǎn)物轉(zhuǎn)化的裝置；和 -用于儲(chǔ)存所述至少一種轉(zhuǎn)化的由所述電化學(xué)電池堆產(chǎn)生的產(chǎn)物的裝置，其中所述至少一種轉(zhuǎn)化的產(chǎn)物是固體形式的碳。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的可充電電池，其中用于將由所述電化學(xué)電池堆產(chǎn)生的至少一種產(chǎn)物轉(zhuǎn)化的裝置集成在所述可充電電池中。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的可充電電池裝置，其中用于儲(chǔ)存所述至少一種轉(zhuǎn)化的由所述電化學(xué)電池堆產(chǎn)生的產(chǎn)物的裝置集成在所述可充電電池中。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的可充電電池，其中所述用于將由所述電化學(xué)電池堆產(chǎn)生的所述至少一種產(chǎn)物轉(zhuǎn)化的裝置是或包括所述用于儲(chǔ)存所述至少一種轉(zhuǎn)化的由所述電化學(xué)電池堆產(chǎn)生的產(chǎn)物的裝置。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的可充電電池，其中所述用于儲(chǔ)存所述至少一種轉(zhuǎn)化的由所述電化學(xué)電池堆產(chǎn)生的產(chǎn)物的裝置是碳固定器。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的可充電電池，其中所述用于儲(chǔ)存所述至少一種轉(zhuǎn)化的由所述電化學(xué)電池堆產(chǎn)生的產(chǎn)物的裝置是以在所述電化學(xué)電池堆的至少兩個(gè)電化學(xué)電池之間的夾層的形式。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的可充電電池，其中所述用于儲(chǔ)存所述至少一種轉(zhuǎn)化的由所述電化學(xué)電池堆產(chǎn)生的產(chǎn)物的裝置包括在電極或連接器的其中一個(gè)中。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的可充電電池，其中所述用于將至少一種所述產(chǎn)物轉(zhuǎn)化的裝置與所述電化學(xué)電池堆熱接觸，從而在電化學(xué)電池的電極和用于轉(zhuǎn)化至少一種所述產(chǎn)物的裝置之間的有效熱傳遞是可能。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的可充電電池，其中在所述電化學(xué)電池堆中的每個(gè)電化學(xué)電池包含固體狀態(tài)的電解質(zhì)層。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的可充電電池，適于通過(guò)向所述可充電電池供給電力和反應(yīng)物對(duì)其進(jìn)行充電，并通過(guò)轉(zhuǎn)化至少一種以前存儲(chǔ)或外部供應(yīng)的轉(zhuǎn)化的產(chǎn)物而對(duì)其放電。
11.一種操作根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的可充電電池的方法，所述方法包括: -通過(guò)向所述可充電電池供給電力和反應(yīng)物，充電所述可充電電池； -通過(guò)轉(zhuǎn)化至少一種以前儲(chǔ)存或外部供應(yīng)的轉(zhuǎn)化的產(chǎn)物，放電所述可充電電池。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的一種充電所述可充電電池的方法，所述方法包括: -在第一模式下通過(guò)向所述電化學(xué)電池堆供給反應(yīng)物和電力而操作所述電化學(xué)電池堆；和 -將所述至少一種所述產(chǎn)物轉(zhuǎn)化和儲(chǔ)存為固體碳。
13.根據(jù)權(quán)利要求11-12任一項(xiàng)的一種放電所述可充電電池的方法，所述方法包括: -向所述用于轉(zhuǎn)化和儲(chǔ)存由所述電化學(xué)電池堆產(chǎn)生的至少一種產(chǎn)物的裝置供給氣體； -將所述至少一種轉(zhuǎn)化的產(chǎn)物轉(zhuǎn)化為氣體并將所述氣體提供給所述電化學(xué)電池堆；和 -在第二模式下操作所述電化學(xué)電池堆，從而產(chǎn)生電力。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種可充電電池和一種操作用于儲(chǔ)存能量的具有高效率和高能量密度可充電電池的方法。所述電池通過(guò)將二氧化碳轉(zhuǎn)化為固體碳和氧在碳和氧原子的鍵中儲(chǔ)存電能。
【IPC分類(lèi)】H01M8-12, C25B1-02, H01M8-24, H01M12-08, C25B1-00, H01M4-96
【公開(kāi)號(hào)】CN104798247
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201380060694
【發(fā)明人】克里斯多夫·羅納德·格雷夫斯, 莫恩斯·伯格·莫恩森
【申請(qǐng)人】丹麥技術(shù)大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年7月22日
【申請(qǐng)日】2013年9月20日
【公告號(hào)】EP2898564A1, US20150222002, WO2014044285A1