[发明专利]用于产生电能的可再充电的电化学装置

说明书

本发明提供一种可在一个单独的电化学电池内部集成电解槽、蓄氢器和燃料电池的功能的创新装置。该装置可以通过将其连接到通常的电池充电器并通过直接注入气态氢气来电气地再充电。本装置非常紧凑并且具有减轻的重量的特征，因此它可以有利地用于向小型便携式电子装置供电以及向电动车辆的电动机供电。

技术领域

本发明涉及用于产生或蓄积能量的电化学装置的领域，尤其是用于向电动车辆供电的电化学装置。

特别地，本发明的范围是通过使用与氧气结合的氢气作为能源以能够蓄积和产生能量的装置。

电化学装置可以从电能和通过直接注入气态氢气的方式来再充电。

背景技术

已知电化学装置，能够以化学能的形式储存电能；根据能量储存的位置，这些装置分为电池、电化学电池和燃料电池。在电池中，能量储存在电池本身中，而在燃料电池中，能量储存在电池本身外部的燃料中，而助燃剂一般是包含在周围空气中的氧气。因此，燃料电池是将化学能转换为电能的装置，但后者不能储存在燃料电池内部中。

在电池或电化学电池中，由于氧化还原反应，发生从化学到电的能量转换，其中第一物质经历氧化过程，由此它失去电子，而第二物质获得所述电子，因此经历还原过程。

每个电池都有一个正极，称为阴极；以及负极，称为阳极，后者的电位低于阴极。

每当电池连接到外部电路时，电子从负极流出并产生连续的电流；产生电流的电位差是氧化和还原反应的功能，并且一旦这些化学反应达到平衡状态，就会停止产生电能。

电池通过一般称为电池充电器的电源单元以电能形式充电。将电能转换成电化学能所需的时间取决于电池的特性以及电源单元的特性。

为了缩短充电时间，可以构建更强大的电源单元，但是对于任何类型的已知电池，确定所使用技术的典型限制，超过该限制会触发电池的快速物理劣化，并且急剧减少可能的充电-放电循环量。

为了不超过所述限制，充电时间不能减少太多。

所有已知电池共同的其他问题包括与可传输能量的数量相比，所述电池具有显着重量，以及在充电和放电循环过程中能量储存容量的逐渐损失。

在燃料电池中，电能是从一些物质(一般是氢气和氧气)开始产生，没有发生热燃烧过程，因为燃料电池的运行原理在于从反应物质开始直接产生，举例来说，氢气和氧气，通过电化学反应产生电动势，与电池一样，而不是通过能量转换过程，因为它发生在由热燃烧机器操作的发电机中。

电化学反应基于将可燃氢分子或助燃剂氧分子分解为正离子和电子的概念；后者通过交叉外部电路提供与化学反应速度成比例的电流，因此所述电流可用于任何目的。

燃料电池的一个非常有趣的方面在于它们具有氢动力的可能性，同时仅将水蒸气释放到大气中，然而氢气在自然界中不存在，因此必须产生氢气。氢气的产生过程中不依赖会让CO₂释放到大气中对环境有害的过程，而是使用电解槽，即能够通过电解将水分解成氢气和氧气的装置。

目前，燃料电池的主要限制在于难以储存氢气，因为需要压力容器，以及在填充步骤期间和燃料电池运行期间发生的热变化。

目前的燃料电池系统的运行周期分为三个主要步骤，每个步骤使用一个特定的装置：第一步骤是从水开始产生氢气，并需要一个特定的电解槽，第二步骤是输送和储存氢气，其用于为燃料电池供电，需要一个特殊的压力储槽(压力一般为300至700巴)，以及最后第三步骤是在燃料电池本身产生电能。

因此，目前使用氢气驱动的机动车辆配备有氢气储槽，燃料电池从该氢气储槽中填充，而用于产生氢气的电解槽(应连接到电源以便操作)从未安装在可移动装置上。

目前用于机动车辆的最普遍的系统使用储槽，但氢气是高度易燃的物质，这带来了重大的安全问题，并且它们的使用具有重要的风险和危险性。