[发明专利]一种可充电的碳-氧电池

说明书

技术领域

本发明涉及电化学装置，比如可充电电池。特别地，本发明涉及一种可充电电池并涉及操作所述电池用于在化学键中储存电能的方法。

发明背景

可充电电池是可以通过放电提供电力，并且能够通过储存电充电，例如由不同的能源产生，用于以后使用的电化学装置。因此，可充电电池解决了电能的不连续产生的问题，特别是当由可再生能源，如太阳能或风能产生时，并且当电力供应与电力需求不相符时允许储存电能。

可充电电池的例子是液流电池或锂离子电池。可充电电池的另一例子可以是金属空气电池比如锂-空气电池。这些电池是基于使用金属比如锂在阳极的氧化和气体比如氧气在阴极的还原以引起电流。所有这些电池具有的缺点是能量被储存在昂贵的金属原子中，除了液流电池，这些原子储存在其中发生电化学反应的电极上，这限制了储存容量和能量密度。

可逆燃料电池(RFCs)也可用于电力储存。RFCs，如可逆固体氧化物电化学电池(RSOECs)，可在电解模式中操作以将电能转化为燃料和在燃料电池模式中操作以将燃料转化成电能。RFsC从而可以以与液流电池类似的方式进行操作。RFCs有利地在储存在电池外面的廉价的氢和烃类燃料中储存能量。金属只用在包含所述电池的材料中，以提供电化学反应发生的反应部位。然而，由于RFCs用气体进行操作，它们具有需要大容量的储罐或容器来储存反应物和产物，使得它们的能量密度低的缺点。另外，RFCs与上述电池比较具有低的效率。

CN 101540411公开了一种固体电解质直接碳燃料电池，其中碳燃料填充到管式电池中。一旦耗尽碳燃料需要重新填充并且碳必须由外部来源提供。

JP 2010/003568公开了一种可充电的直接碳燃料电池，其中固体碳是通过烃类燃料的热分解产生。JP2010/003568公开了使用并联电池用于连续发电。JP 2010/003568公开了两个并联连接的电池，其中所述第一电池支持固体碳颗粒。当供应氧气时，所述第一电池产生电力并消耗碳。与发电同时的是有机化合物在与其中有机化合物分解的第二电池的阳极接触的通道中循环，以便形成固体碳颗粒。当第一电池的碳耗尽，切换电路，使得第二电池在电力产生中变为起作用的。

Ihara等人(J.Electrochem.Soc.2006，卷153，1544至1546页)公开了使用由丙烷的热分解供给固体碳燃料的固体氧化物燃料电池。

公开的燃料电池没有可以用作可充电电池的，即，可以用于储存电能。

CN 101540411的燃料电池一旦碳被消耗需要重新供给固体碳，以保持产生电力。在CN 101520411的燃料电池中，碳不可通过电能再生且为了保持工作需要打开所述燃料电池并从外部来源供给碳。

JP 2010/003568的燃料电池通过切换不同的燃料电池之间的接触允许连续发电。然而，JP 2010/003568的燃料电池不适合用于储存电能。Ihara等人使用丙烷的热分解以重新填充固体氧化物燃料电池，以便继续发电。然而，Ihara等人的燃料电池不适合于储存电能。

因此，改进的可充电电池，即能够储存过剩电能的电池将是有利的，尤其是具有更高能量密度的可充电电池将是有利的。

一个更可靠的和通用的可充电电池也将是有利的，并且特别是具有高的往返电能储存效率的可充电电池也将是有利的。

发明内容

发明目的

本发明的一个目的是提供一种具有高的往返电能储存效率的可充电电池。

也可以被看作本发明的一个目的的是提供一种具有高能量密度，比现有的电池和其他RFCs显著更高的可充电电池。

本发明的一个进一步目的是提供一种低成本的可充电电池。

本发明的一个更进一步的目的是提供一种现有技术的替代选择。

特别地，本发明的一个目的可以被看作是提供一种通过储存电能为化学键解决上述现有技术中的问题的可充电电池。

发明简述

不像典型的电池的技术，其中，能量储存在储存在电池电极上的金属原子的键中，本发明提供一种电化学装置，其中电能被转化并储存在碳和氧分子的化学键中，所述碳和氧分子储存在容器中。

这具有几个优点，因为昂贵的金属原子仅用于催化碳-氧反应，而不用于储存能量。的确在碳-氧电池中用于储存能量的昂贵的材料的量比用于典型电池中的量低得多。