[发明专利]利用具有发动机的REP的能量储存

说明书

一种能量储存系统，包括动力设备，其被配置成生成包括二氧化碳的排气。该能量储存系统还包括第一燃料电池，其被配置成作为电解槽反向运行。第一燃料电池被配置成接收来自动力设备的至少一部分排气。阳极被配置成经由排气接收二氧化碳并且从单独的进料接收甲烷，并且阳极被配置成输出含氢气体混合物。该能量储存系统还包括重整器，其被配置成将含氢气体混合物甲烷化以将含氢气体混合物中基本上全部的一氧化碳转化成甲烷。能量储存系统还包括作为氢泵反向运行的第二燃料电池，第二燃料电池被配置成从由重整器输出的气体混合物中分离氢气。

相关专利申请的交叉引用

本申请要求于2015年11月16日提交的美国临时专利申请No.62/255,868的权益和优先权，该专利申请的全部公开内容通过引用并入本文。

背景技术

本申请总体上涉及利用燃料电池的能量储存领域。

能量储存可以通过从水或烃生成H₂来进行。重整器-电解槽-净化器(“REP”)可用于生成H₂。REP和包括它们的系统的例子在转让给本申请的受让人的PCT公布No.WO 2015/116964中描述。

REP需要蒸汽和CO₂来运行。这样的蒸汽和CO₂可以由高温燃料电池供应。然而，对高温燃料电池的利用有时受到限制(例如，由于发电成本或规模)。

发明内容

在一个实施方式中，能量储存系统包括动力设备，其被配置成生成包括二氧化碳的排气。能量储存系统还包括第一燃料电池，其包括被电解质基质隔开的阳极和阴极；以及电源，其被配置成向第一燃料电池施加反向电压以使第一燃料电池作为电解槽反向运行。第一燃料电池被配置成接收来自动力设备的至少一部分排气。阳极被配置成经由排气接收二氧化碳并且还从单独的进料接收甲烷。阳极被配置成输出包括氢气和一氧化碳的含氢气体混合物。能量储存系统还包括重整器，其被配置成将从第一燃料电池的阳极输出的含氢气体混合物甲烷化以将含氢气体混合物中基本上全部的一氧化碳转化成甲烷，其中重整器被配置成输出气体混合物。能量储存系统还包括作为氢泵反向运行的第二燃料电池，第二燃料电池被配置成从由重整器输出的气体混合物中分离氢气。

在能量储存系统的一个方面，第一燃料电池的阴极被配置成接收来自动力设备的排气。

在能量储存系统的一个方面，动力设备是内燃机。

在能量储存系统的一个方面，进料被配置成将甲烷与动力设备的排气分开供应到第一燃料电池的阳极。

在能量储存系统的一个方面，进料包括甲烷和二氧化碳。由第二燃料电池输出的氢气量与由进料供应的碳量成比例。

在能量储存系统的一个方面，第一燃料电池的阴极被配置成接收从第二燃料电池的阳极输出的气体混合物。

在能量储存系统的一个方面，重整器还被配置成将包括在由第一燃料电池输出的含氢气体中的二氧化碳转化成甲烷。

在能量储存系统的一个方面，第二燃料电池被配置成利用电化学氢气压缩机压缩含氢气体以输出净化的氢气。

在另一个实施方式中，利用能量储存系统生成氢气的方法包括将燃料供应给动力设备并利用动力设备生成排气，并在第一燃料电池处接收来自动力设备的排气和蒸汽。方法还包括在第一燃料电池的阳极处经由排气接收二氧化碳且从单独的进料接收甲烷。方法还包括从第一燃料电池输出包括氢气和一氧化碳的含氢气体混合物。方法还包括利用重整器将从第一燃料电池接收的基本上全部的一氧化碳转化成甲烷。方法还包括利用第二燃料电池从重整器输出的气体混合物中分离氢气。方法还包括将来自第二燃料电池的剩余气体混合物进给到第一燃料电池的阴极中。

在能量储存系统的一个方面，方法还包括当电源向第一燃料电池施加反向电压时，在第一燃料电池的阳极中生成含氢气体，并在第一燃料电池的阳极中利用电解反应从含氢气体分离二氧化碳。