一种基于钒基储能介质-燃料电池耦合的方法技术

本发明专利技术公开了一种基于钒基储能介质

【技术实现步骤摘要】
一种基于钒基储能介质
‑
燃料电池耦合的方法


[0001]本专利技术涉及电池的
，具体涉及一种基于钒基储能介质
‑
燃料电池耦合的方法。

技术介绍

[0002]现有的CO2还原系统和燃料电池存在效率低、能量损失大、产物选择性差等问题，这些缺点限制了它们在可持续发展中的应用，具体来说，现有的CO2还原系统通常使用光能、热能或电能等外部能量源，但这些能量源往往不能被高效利用，导致能量损失较大。同时，由于反应条件难以控制，产物选择性差，造成了资源浪费，另一方面，传统的甲酸燃料电池在电能输出方面存在反应速率慢、能量转化效率不高等问题，使得其在实际应用中受到限制，传统甲醇燃料电池在电能输出方面存在甲醇的渗透、催化剂低活性等问题。这些问题导致了甲醇燃料电池的稳定性和实际应用中的能源损失。
[0003]因此，急需研发一种基于钒基储能介质的甲酸燃料电池能量系统，以解决现有技术中CO2还原系统和燃料电池存在的问题，实现高效、可持续的发展和实际应用。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种基于钒基储能介质
‑
燃料电池耦合的方法，以克服现有技术中的上述缺陷。
[0005]一种基于钒基储能介质
‑
燃料电池耦合的方法,包括以下步骤：
[0006]S1、钒基储能介质部分：通过离子交换膜将阳极与阴极之间分隔开，通电后，在阴极上发生CO2还原反应；
[0007]S2、燃料电池部分：燃料电池包括阴极和阳极以及电解质层，阴极和阳极分别与电解质层相隔，防止直接反应，阴极反应使用来自CO2还原电解池的产物作为燃料，燃料为甲酸或甲醇；
[0008]S3、耦合系统：将燃料电池和钒基储能介质放置在同一个系统中，使它们能够共享同一个电解槽，确保两个系统之间有适当的链接，保障CO2还原生成的甲酸或甲醇燃料电池中使用。
[0009]优选的，步骤S1中将CO2还原为甲酸，反应公式如下：CO2+2H
+
+2e
‑
→
HCOOH，同时在阳极上发生钒储能介质的氧化反应，反应公式如下：V
2+
→
V
3+
+e
‑
。
[0010]优选的，步骤S1中将CO2还原为甲醇，反应公式如下：CO2+6H
+
+6e
‑
→
CH3OH+H2O，同时在阳极上发生钒储能介质的氧化反应，反应公式如下：V
2+
→
V
3+
+e
‑
。
[0011]优选的，步骤S2中甲酸在阴极上发生氧化反应，同时通过电解质层与阳极反应产生电子，反应公式如下：HCOOH
→
CO2+2H
+
+2e
‑
，在阳极上，氧气发生还原反应，从而完成甲酸燃料电池的电化学反应，反应公式如下：O2+4H
+
+4e
‑
→
2H2O，其中甲酸燃料电池部分总的公式如下：2HCOOH+O2→
2CO2+2H2O；
[0012]优选的，步骤S2中甲醇在阴极上发生氧化反应，同时通过电解质层与阳极反应产
生电子，反应公式如下：CH3OH+H2O
→
CO2+6H
+
+6e
‑
，在阳极上，氧气发生还原反应，从而完成甲醇燃料电池的电化学反应，反应公式如下：1.5O2+6H
+
+6e
‑
→
3H2O，其中甲醇燃料电池部分总的公式如下：CH3OH+1.5O2→
CO2+2H2O；
[0013]优选的，步骤S1中采用Pt电极作为阳极。
[0014]优选的，步骤S1中阴极设有用于测量电池电位的Ag/AgCl参比电极。
[0015]优选的，步骤S1中阴极部分还设有插入至电解液中的用于输送CO2的CO2输入口及将溢出电解液面的CO2输出的CO2输出口。
[0016]本专利技术具有如下优点：
[0017]1、本专利技术在使用时，钒基储能介质
‑
燃料电池耦合系统结构设计将钒基储能材料氧化与CO2还原相结合形成电解池，在反应完成后，再将阴极CO2还原得到的甲酸或甲醇作为甲酸或甲醇燃料电池阳极的反应物，实现电能稳定输出和时间调控。
[0018]2、由于钒基储能介质的本征安全性和长寿命，可存储不稳定的低效的化学能，实现CO2还原反应的高效稳定运行。
[0019]3、由于甲酸在室温下为液体，毒性很小，并且具有比氢气和甲醇都高的电动势，因此甲酸燃料电池同氢气和甲醇燃料电池比起来具有更大的潜力和应用范围，可实现能量稳定输出。
[0020]4、本专利技术通过将钒基储能介质与直接甲醇燃料电池(DMFC)耦合，实现甲醇的高效存储和充分利用，可有效减少甲醇渗透带来的负面影响，提高电池稳定性和实际应用中的能源输出。
附图说明
[0021]图1为本专利技术基于钒基储能介质
‑
甲酸燃料电池耦合的的结构原理。
[0022]图2为本专利技术基于钒基储能介质
‑
甲醇燃料电池耦合的的结构原理。
具体实施方式
[0023]下面对照附图，通过对实施例的描述，对本专利技术具体实施方式作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本专利技术的构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
[0024]实施例一、
[0025]如图1所示，一种基于钒基储能介质
‑
燃料电池耦合的方法,包括以下步骤：
[0026]S1、钒基储能介质部分：通过离子交换膜将阳极与阴极之间分隔开，其中Pt电极作为阳极，阴极设有用于测量电池电位的Ag/AgCl参比电极，阴极部分还设有插入至电解液中的用于输送CO2的CO2输入口及将溢出电解液面的CO2输出的CO2输出口，从而对CO2在阴极部分的电解液中进行输入或输出，通电后，在阴极上发生CO2还原反应，将CO2还原为甲酸，反应公式如下：CO2+2H
+
+2e
‑
→
HCOOH，同时在阳极上发生钒储能介质的氧化反应，反应公式如下：V
2+
→
V
3+
+e
‑
，本专利技术在电解池的阳极部分引入钒基储能介质，利用其优异的氧化还原性能，可实现高效地储存和释放化学能，钒基储能介质的应用将有助于提高CO2还原系统的效率和产物选择性；
[0027]二氧化碳还原电解池能够将二氧化碳还原成甲酸，作为甲酸燃料电池的一部分，通过这种耦合方式，可以将CO2资源有效转化为甲酸能源，从而实现能量的高效利用和减少
CO2排放。
[0028]S2、甲酸燃料电池部分：燃料电池包括阴极和阳极以及电解质层，阴极和阳极分别与电解质层相隔，防止直接反应，阴极反应使用来自CO2还原电解池的产物作为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于钒基储能介质
‑
燃料电池耦合的方法,其特征在于：包括以下步骤：S1、钒基储能介质部分：通过离子交换膜将阳极与阴极之间分隔开，通电后，在阴极上发生CO2还原反应；S2、燃料电池部分：燃料电池包括阴极和阳极以及电解质层，阴极和阳极分别与电解质层相隔，防止直接反应，阴极反应使用来自CO2还原电解池的产物作为燃料，燃料为甲酸或甲醇；S3、耦合系统：将燃料电池和钒基储能介质放置在同一个系统中，使它们能够共享同一个电解槽，确保两个系统之间有适当的链接，保障CO2还原生成的甲酸或甲醇燃料电池中使用。2.根据权利要求1所述的一种基于钒基储能介质
‑
燃料电池耦合的方法,其特征在于：步骤S1中将CO2还原为甲酸，反应公式如下：CO2+2H
+
+2e
‑
→
HCOOH，同时在阳极上发生钒储能介质的氧化反应，反应公式如下：V
2+
→
V
3+
+e
‑
。3.根据权利要求1所述的一种基于钒基储能介质
‑
燃料电池耦合的方法,其特征在于：步骤S1中将CO2还原为甲醇，反应公式如下：CO2+6H
+
+6e
‑
→
CH3OH+H2O，同时在阳极上发生钒储能介质的氧化反应，反应公式如下：V
2+
→
V
3+
+e
‑
。4.根据权利要求1所述的一种基于钒基储能介质
‑
燃料电池耦合的方法,其特征在于：步骤S2中甲酸在阴极上发生氧化反应，同时通过电解质层...

【专利技术属性】
技术研发人员：庞欢，夏峥，
申请(专利权)人：安徽海螺洁能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：