一种新型的太阳能电池-太阳能燃料联产循环系统技术方案

本发明专利技术涉及一种新型的太阳能电池‑太阳能燃料联产循环系统，其包括：电化学单元、用于将太阳能转化成电能以给电化学单元提供电能的光电单元和用于将太阳能转换成热能以调节电化学单元温度的光热单元；电化学单元包括采用串联的方式连接的以熔融碱为电解体系的第一电化学单元和以熔融碳酸盐为电解体系的第二电化学单元；当所述联产循环系统工作时，第一电化学单元的电解体系中还包含三氧化铁和水，第二电化学单元的电解体系中还包含二氧化碳。本发明专利技术的高能量多电子转移Fe(III)/Fe(VI)氧化还原太阳能电池‑燃料联产循环系统能实现太阳能电池充放电循环过程与太阳能燃料的产出，系统能量完全来自于太阳能，实现了对太阳能的高效利用。

A New Solar Cell-Solar Fuel Co-Production Cycle System

【技术实现步骤摘要】
一种新型的太阳能电池-太阳能燃料联产循环系统
本专利技术属于太阳能电池
，尤其涉及一种新型的太阳能电池-太阳能燃料联产循环系统。
技术介绍
能源问题和环境问题一直以来都是制约人类社会发展的重点问题。现代社会人类面对的最为严峻的挑战就是能源过度利用及其所导致的环境问题。随着社会科学和经济的快速发展，对太阳能向可利用能源的转化的研究也达到了一个空前的状态，若能实现将太阳能大规模的、有效的工业化利用，将能从根本上缓解能源短缺与经济发展的矛盾。太阳能化学利用是太阳能利用的一个最新的分支方向，主要有三种途径：①太阳电化学，即太阳光伏或者太阳热电系统发电，用于电化学过程；②太阳光化学，即直接利用光子能量，如光催化；③太阳热化学，即太阳热能用于热化学过程。太阳能化学利用方面研究目标主要集中在太阳热化学反应，然而太阳能光化学、电化学和/或热化学协同应用涉猎很少，在目前的太阳能化学利用中普遍存在太阳能利用率低的问题。因此，需要提供一种新型的太阳能电池-太阳能燃料联产循环系统以提高对太阳能的利用效率。
技术实现思路
为了解决现有技术存在的问题，本专利技术的目的是提供一种新型的太阳能电池-太阳能燃料联产循环系统。本专利技术构建出了新型的高能量多电子转移Fe(III)/Fe(VI)氧化还原太阳能电池-燃料联产循环系统能同时实现太阳能电池充放电循环过程与太阳能燃料的产出，系统的能量完全来自于太阳能，具有高能量、可循环充放电和联产太阳能燃料等特点，实现了对太阳能的高效利用。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种新型的太阳能电池-太阳能燃料联产循环系统，所述太阳能电池-太阳能燃料联产循环系统包括：电化学单元、用于将太阳能转化成电能以给所述电化学单元提供电能的光电单元和用于将太阳能转换成热能以调节所述电化学单元的温度的光热单元；所述电化学单元包括采用串联的方式连接的以熔融碱为电解体系的第一电化学单元和以熔融碳酸盐为电解体系的第二电化学单元；当所述太阳能电池-太阳能燃料联产循环系统工作时，所述第一电化学单元的电解体系中还包含三氧化铁和水，所述第二电化学单元的电解体系中还包含二氧化碳。优选地，所述太阳能电池-太阳能燃料联产循环系统还包括负载装置；所述负载装置与所述光电单元以并联的方式连接在所述第一电化学单元的阳极和所述第二电化学单元的阴极之间。优选地，当所述光电单元和所述电化学单元之间形成电流回路时，所述太阳能电池-太阳能燃料联产循环系统充电并产出太阳能燃料。优选地，当所述负载装置和所述电化学单元之间形成电流回路时，所述太阳能电池-太阳能燃料联产循环系统放电以产出电能。优选地，当所述光电单元和所述电化学单元之间形成电流回路时，所述第一电化学单元的电解体系中还包含强氧化剂。优选地，所述熔融碱选自由熔融氢氧化钠、熔融氢氧化钾、熔融氢氧化锂、熔融氢氧化铯、熔融氢氧化镁、熔融氢氧化锶、熔融氢氧化银和熔融氢氧化钡组成的组。优选地，所述熔融碳酸盐选自由熔融碳酸锂、熔融碳酸钠和熔融碳酸钾组成的组。优选地，所述第一电化学单元的阳极和阴极采用泡沫镍材料制成；和/或所述第二电化学单元的阳极和阴极采用泡沫镍材料制成。优选地，所述光热单元为太阳能聚焦高温系统；和/或所述光电单元为多级硅基太阳能电池、光电池或多带隙太阳能电池。优选地，所述光热单元调节所述第一电化学单元的温度为200～350℃；和/或所述光热单元调节所述第二电化学单元的温度为500～700℃。本专利技术与现有技术相比至少具有如下有益效果：(1)本专利技术构建出了新型的高能量多电子转移Fe(Ⅲ)/Fe(Ⅵ)氧化还原太阳能电池-燃料联产循环系统，本专利技术所述的太阳能电池-太阳能燃料联产循环系统能同时利用太阳能的光-热和光-电效应来实现太阳能电池充放电循环过程与太阳能燃料的产出，系统的能量完全来自于太阳能，具有高能量产出、可循环充放电和联产太阳能燃料等特点，实现了对太阳能的高效利用；本专利技术实现了太阳能到电能存储的同时持续对外放出H2和CO(太阳能燃料)，构筑了完美的、无污染的电-燃料联产新型太阳能利用循环系统。(2)本专利技术中的所述太阳能电池-太阳能燃料联产循环系统不仅仅是简单的将超铁电池与碳捕捉系统相结合，而是利用其电势差构成循环体系，在多能级相互匹配的条件下Fe(III)在阳极发生氧化反应生成Fe(VI)的过程当中，同时H(I)和C(IV)在阴极发生还原反应生成H2、C和CO，即生成太阳能燃料(SolarFuel)；此过程完成后，为Fe(VI)放电生成Fe(III)的过程，从而实现多个高能量电子转移的太阳能循环系统的构建；在循环过程当中，实现了太阳能电池-燃料联产。(3)本专利技术采用熔融碱体系作为第一电化学单元的电解体系，解决了Fe(VI)在水体系和高温中易发生降解的问题；本专利技术通过设置光电单元以将可见光波段太阳能转化为了电能加以利用，通过设置光热单元以将红外波段太阳能转换为了热能，同时应用两个波段的太阳能能量来进行耦合化学过程，使电化学反应的效率明显高于普通光伏单独作用的效率，而太阳能热电耦合化学过程中所利用的太阳光谱能量均来自于同一束光，分别利用了太阳光谱多波段的能量，进而大幅地提高了整个系统的太阳能转化率和利用率(化学反应利用率)、以及产物能量储存率。附图说明图1是本专利技术一个具体实施方式中的太阳能电池-太阳能燃料联产循环系统的结构示意图。图2是图1中的太阳能电池-太阳能燃料联产循环系统在充电过程中的示意图。图3是图1中的太阳能电池-太阳能燃料联产循环系统在放电过程中的示意图。图4是Fe2O3在NaOH、KOH熔融混合物中的循环伏安曲线。图中，横坐标Potential表示电压，单位为mV，纵坐标Current表示电流，单位为mA；ScanRate表示扫描速率，单位为V/s。图5是本专利技术所述的太阳能电池-太阳能燃料联产循环系统的平均电压和循环次数(循环数)的关系曲线。图6是本专利技术所述的太阳能电池-太阳能燃料联产循环系统的充放电曲线。图7是本专利技术所述的太阳能电池-太阳能燃料联产循环系统的充放电效率(效率)与循环次数(循环数)的关系曲线。图中：1：第一电化学单元；11：第一阳极；12：熔融碱电解体系；13：第一阴极；2：第二电化学单元；21：第二阳极；22：熔融碳酸盐电解体系；23：第二阴极；3：光电单元；4：负载装置；5：电流表。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术提供了一种新型的太阳能电池-太阳能燃料联产循环系统，图1是本专利技术一个具体实施方式中的太阳能电池-太阳能燃料联产循环系统的结构示意图；图2是图1中的太阳能电池-太阳能燃料联产循环系统在充电过程中的示意图；图3是图1中的太阳能电池-太阳能燃料联产循环系统在放电过程中的示意图；图1、图2和图3中均未示意出光热单元。在本专利技术中，例如，如图1所示，所述太阳能电池-太阳能燃料联产循环系统包括：电化学单元、用于将太阳能转化成电能以给所述电化学单元提供电能的光电单元3和用于将太阳能转换成热能以调节所述电化本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型的太阳能电池‑太阳能燃料联产循环系统，其特征在于：所述太阳能电池‑太阳能燃料联产循环系统包括：电化学单元、用于将太阳能转化成电能以给所述电化学单元提供电能的光电单元和用于将太阳能转换成热能以调节所述电化学单元的温度的光热单元；所述电化学单元包括采用串联的方式连接的以熔融碱为电解体系的第一电化学单元和以熔融碳酸盐为电解体系的第二电化学单元；当所述太阳能电池‑太阳能燃料联产循环系统工作时，所述第一电化学单元的电解体系中还包含三氧化铁和水，所述第二电化学单元的电解体系中还包含二氧化碳。

【技术特征摘要】
1.一种新型的太阳能电池-太阳能燃料联产循环系统，其特征在于：所述太阳能电池-太阳能燃料联产循环系统包括：电化学单元、用于将太阳能转化成电能以给所述电化学单元提供电能的光电单元和用于将太阳能转换成热能以调节所述电化学单元的温度的光热单元；所述电化学单元包括采用串联的方式连接的以熔融碱为电解体系的第一电化学单元和以熔融碳酸盐为电解体系的第二电化学单元；当所述太阳能电池-太阳能燃料联产循环系统工作时，所述第一电化学单元的电解体系中还包含三氧化铁和水，所述第二电化学单元的电解体系中还包含二氧化碳。2.根据权利要求1所述的太阳能电池-太阳能燃料联产循环系统，其特征在于：所述太阳能电池-太阳能燃料联产循环系统还包括负载装置；所述负载装置与所述光电单元以并联的方式连接在所述第一电化学单元的阳极和所述第二电化学单元的阴极之间。3.根据权利要求1所述的太阳能电池-太阳能燃料联产循环系统，其特征在于：当所述光电单元和所述电化学单元之间形成电流回路时，所述太阳能电池-太阳能燃料联产循环系统充电并产出太阳能燃料。4.根据权利要求2所述的太阳能电池-太阳能燃料联产循环系统，其特征在于：当所述负载装置和所述电化学单元之间形成电流回路时，所述太阳能电池-太阳能燃料联产循环系统放电以产出电能。5.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：谷笛，高斯萌，王宝辉，吴红军，江泓，姜婷婷，
申请(专利权)人：东北石油大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23