[发明专利]一种二次电池与电催化电解池混合装置

说明书

本发明属于能量存储与转换领域，公开了一种二次电池与电催化电解池混合装置，包括电解池、第一电极和第二电极；当不与外接电源相连时，第一电极、第二电极和电解液能够构成二次电池；当与外接电源相连时，第一电极、第二电极和电解液能够构成电催化反应池，进行电催化反应；如此使得混合装置能够在储能电池模式或电催化模式下工作。本发明得到一体化的二次电池与电催化电解池混合装置，可以在电池模式或电催化模式下运行(其中，电池模式下可以实现短期储能；电催化模式则可以利用电化学能量转换，进而实现长期储能)，是一种能同时满足短期储能和长期储能需求的新的产品类别，兼具电池和电解器功能的双重用途，可提高整体效率。

技术领域

本发明属于能量存储与转换领域，更具体地，涉及一种二次电池与电催化电解池混合装置。

背景技术

预计到本世纪下半叶，全球能源需求将翻一番。《巴黎协定》的目标是到2050年实现温室气体净零排放经济，以限制气候变化的影响。因此，以可持续的方式提供能源是我们这一代人面临的主要挑战之一。为了实现这一目标，社会必须从可再生能源中获取所有能源，并尽可能使最终用途电气化。其中，储能电池对于能量的短期存储最有效。

风能和太阳能等可再生能源面临的最大挑战之一是它们的不可预测性和间歇性。以太阳能为例，白天和夏季会产生过剩的能源，但在夜间和冬季，供应会减少。随着太阳光转化为电能的快速发展，存储可再生电力的问题变得更加突出。用于生产有价值的碳基燃料和氢能的电催化二氧化碳(CO₂)还原(CO₂RR)、电催化有机合成和电解水等等电催化反应既解决了存储间歇性可再生能源的需求，也解决了减少温室气体净排放的迫切需求。而绿色碳基燃料将在平衡可再生电力供应与更长时间的需求方面发挥关键作用。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，尤其是现今可用的电池和电解槽技术根本不足以平衡可再生能源与大规模社会需求，本发明的目的在于提供一种二次电池与电催化电解池混合装置，其中通过将二次电池与电催化电解池进行功能上的组合、巧妙的耦合电池和电催化体系，得到一体化的二次电池与电催化电解池混合装置可以在电池模式或电催化模式的两室电池电解槽配置下运行(两室之间通过隔膜分隔)，其中，电池模式下可以实现短期储能；电催化模式则可以利用电化学能量转换，进而实现长期储能)，是一种能同时满足短期储能和长期储能需求的新的产品类别，兼具电池和电解器功能的双重用途储能，可提高整体效率。以基于本发明得到的碱性锌离子电池与二氧化碳还原电解池混合装置为例，储能和电催化之间的转换非常灵活，任意时间都可以进行，例如，可通过将锌离子电池充放电来实现储能功能，可通过外部供电并在Zn电极端通入CO₂气体则可以实现电催化CO₂RR；此外，电催化CO₂RR的产物种类可以由电池最后一次的充放电状态来调控。当储能端以充电状态结束时，电催化CO₂还原端的产物为CO；反之，储能端以放电状态结束时，电催化CO₂还原端的产物为甲酸。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种二次电池与电催化电解池混合装置，其特征在于，包括电解池，以及位于电解池内的第一电极和第二电极；所述电解池用于容纳电解液；

并且，当所述第一电极和所述第二电极不与外接电源相连时，所述第一电极、所述第二电极和所述电解液能够构成二次电池，其中，所述第一电极是作为二次电池的正极，所述第二电极是作为二次电池的负极；同时，当所述第一电极和所述第二电极与外接电源相连时，所述第一电极、所述第二电极和所述电解液能够构成电催化反应池，进行电催化反应，其中，所述第一电极是作为电催化反应池的阳极，所述第二电极是作为电催化反应池的阴极；如此使得所述混合装置能够在储能电池模式或电催化模式下工作。

作为本发明的进一步优选，所述二次电池为碱性锌离子电池；优选的，所述锌离子电池具体为镍锌电池、锌空气电池、锌银电池、锌汞电池；

所述电催化反应为二氧化碳电化学还原。