用于电能的大规模存储的改善的工业设备制造技术

本发明专利技术涉及用于电能的大规模存储的改善的工业设备以及用于通过该设备存储和传输电能的方法，其中所述设备特征在于，a)所述设备包含材料A和S，b)材料A和S被彼此分离地包括各自的容器BA和BS中，这些容器被设置在彼此之上，c)其中通过阳离子可渗透的固态电解质E接合容器BA和BS，以及d)其中容器BA和BS包含在外部容器中，其特征在于所述设备包括包含通过固态电解质E接合的容器BA和BS的至少两个外部容器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于能量的大规模存储的改善的工业设备以及用于通过此设备存储和传输电能的方法。
技术介绍
在化石燃料燃烧发电站的情况下，电能的产生伴随着CO2的排放，并且因此对温室效应有明显影响。基于可再生能源载体的能量的产生，例如，风能，太阳能，地热或者水电，避免了此缺点。然而，目前这些可再生能源的载体每当根据消耗情况而需要时却是不可得的。另外，能量产生位置可以不同于能量消耗位置。为了补偿系统中的此固有缺点，存储、缓冲和可能地传输产生的能量是必需的。不能连续获得来自如风轮机、太阳能面板的能量。供需之间不匹配。在这些边界条件下不能获得专门基于可再生能源且仍然稳定的电网。因此，存在对通过具有高效率的廉价且能量有效(energy efficient)的系统来均衡并缓冲这些波动的需要。由于地理、气候和/或地质边界条件，在地球上的许多人烟稀少的地区，例如，撒哈拉、冰岛或者“近海”，存在通过风力发电站、太阳能电站或者地热电站从风、太阳或者地热高效率产生电能的潜力。然而，缺少向高消耗地区传输能量的工业方法。传统传输系统受限于网格损耗和网格建设的成本。氢技术，其中产生的电能被就地转化为氢并且随后在燃料电池中转化为电能，具有约20%的效率，然而却由于氢的传输和液化消耗了大部分的能量而没有吸引力。 大量电能的存储和 电能的远距离传输两者都是至今没有被满意解决的问题。目前，利用水的大地高度差的势能转化功率的抽水蓄能电站被用于储存工业级电能。然而，这样的抽水蓄能电站的建设受限于地理和生态边界条件。其中空气压缩用于能量存储的抽水蓄能电站也受到限制，因为他们的效率相对低。如超级电容器或者飞轮(flywheel)的其它形式的能量存储处理其它目标市场(短期存储)。电池最接近于此要求并且已经在各种设计中实现工业应用。DE-A-2635900公开了一种电池，其包括作为阳极的至少一种熔体碱金属材料以及阴极反应剂，其与阳极反应剂的反应性是电化学可逆的。阴极反应剂包括熔体多硫化物盐或者包括硫熔体和充满硫熔体的多硫化物盐构成的两相成分。此电池还包括用于在阳极反应区域和阴极反应区域之间的质量传输阳离子渗透阻挡层。DE-A-2610222公开了一种包括多个钠硫基元的电池，其中每个基元具有I)包括阴极反应剂的阴极隔舱2)阴极反应剂在操作温度下为液态并且由硫、磷或者硒或者这些元素的碱盐构成、包括阳极反应剂的至少一个固体电解质管，阳极反应剂在操作温度下是液态并且由具体地为钠的碱金属构成以及还有阳极容器3)其包括阳极反应剂的储存器。从EP-A-116690已公知连接多个钠硫电池作为电能储存系统的模块。所有这些电池是能量储存受包括在电池中的反应剂(氧化还原搭档)的数量限制的封闭系统。通过流电池(flow battery)减少了此限制。此电池概念基于包括溶剂和金属盐的液态电解质。可以通过包括反应剂的第二存储容器增加传统电池的存储量限制。DE-A-2927868公开了在具有通过半透离子交换膜互相分开的阳极隔舱和阴极隔舱的电化学基元中用于存储和释放电能的流电池，其中向阳极隔舱提供阳极液溶液、在阳极液溶液中保持基本溶解并且可以从其氧化形式再次还原的可氧化化合物，氧化的阳极液溶液从阳极液部件移走并且储存氧化的阳极液溶液。同时，向阴极隔舱提供阴极液溶液、在阴极液溶剂中保持基本溶解并且可以从其还原形式再次氧化的可还原化合物。阳极液溶液和阴极液溶液可以储存在两个对应的容器中并且通过循环泵穿过阳极隔舱和阴极隔舱循环。阴极液溶液可以，例如，包括六价铬并且阳极溶液可以包括二价铬。DE-A-1771148和US-A-3533848公开了一种用于通过钠和硫的电化学结合获得电能的系统，其中该系统具有对具有用于钠和硫的相邻空间的钠离子可渗透的膈膜、基元外的用于储存钠的容器、将钠从储存容器向燃料电池输送的管线、电池外的用于储存硫的容器以及将硫从储存容器向电池输送的管线。这些电池可以，例如，串联电连接。从JP-A-2001118598可以知道钠硫电池用两个或者更多矩阵形式的用于熔体钠或者熔体硫的圆筒操作。从JP-A-2002184456可以知道钠硫电池通过以固定方式连接到电池的用于硫的外部存储箱操作。在公知的钠硫电池中及其作为流电池的实施例中，在时间和空间中耦合存储在开始材料钠和硫中的能量的输入和通过钠和硫的反应形成硫化钠和/或多硫化钠的放电。
技术实现思路
本专利技术的目的为提供用于基于氧化还原搭档(redox partner),具体地为碱金属，特别是钠和例如硫的电化学发电站的改善的设备和改善的方法。`本专利技术提供了一种用于通过形成氧化还原搭档并且互相分离存在的材料A和S的方式存储电能的设备，其中a)所述设备包括材料A和S，b)材料A和S每一个都彼此分离地包括在设置在彼此之上的容器BA和BS中，c)其中通过阳离子可渗透的固态电解质E接合容器BA和BS，以及d)容器BA和BS包含在总容器中，其中设备包括包含通过固态电解质E接合的容器BA和BS的至少两个总容器。 在优选实施例中，材料A是碱金属，具体地为钠，并且材料S是硫。通过电解质E连接的容器BA和BS代表基元；在优选实施例中，此基元是鼓的形式(下文中称作鼓基元)。本专利技术还提供一种用于使用电化学反应器存储和释放、可选地传输电能的方法，其中使用根据本专利技术的设备，在优选实施例中，用碱金属作为材料A，具体地为钠，和使用硫作为材料S。在具体的实施例中，本专利技术还提供用于在要求能量的地方传输以及释放电化学发电站中的电化学能的方法。I)提供至少一个包括高纯液态硫的存储容器BS和包括液态高纯碱金属的存储容器BA，2)提供至少一个电化学碱金属/硫基元，其中此基元包括至少下列部件2.1用于容纳液态碱金属的阳极隔舱A。2. 2用于容纳液态硫的阴极隔舱K，其中2. 3通过固态电解质E分离隔舱A和K，固态电解质E在电池的操作温度处对由碱金属的氧化形成的阳离子是可渗透的。2. 4用于闭合外部电流电路的电极，以通过碱金属与硫的反应产生电功率。3)存储容器BA连接到阳极隔舱A并且存储容器BS连接到阴极隔舱K，液态碱金属引入到阳极隔舱A和液态硫引入到阴极隔舱K。4)闭合外部电流电路，导致碱金属的氧化，在阴极隔舱K中形成碱金属硫化物和电流的流动。5)在阴极隔舱中形成 的碱金属硫化物被移掉并且收集在存储容器BAS中。6)在存储容器BAS中收集的碱金属硫化物传输到高能量获得率(availability)的位置并且在电化学基元中电解以形成硫和高纯钠。7)在步骤6中获得的硫和碱金属成分的至少一种被传输到需要能量的位置并且提供给配置为功率产生器的其中使用了根据本专利技术的设备的电化学发电站。氧化还原搭档在优选实施例中，利用了钠和硫的氧化还原电势。在另一个实施例中，由钠和氯化钠/重金属氯化物构成的系统形成用于能量储存的电势差。优选重金属氯化物是氯化镍(II)和氯化铁(II)。在下文中，除非明确表明是其它情况，否则具体指钠/硫系统。对于其它系统，这些实施例可类似地并以本领域的技术人员熟悉的基于本专利技术的本描述的形式实施。参考标记旨在在附图中的具体实施例的帮助下具体地解释细节。正电极硫电极表示能量存储器的正侧。通过片状碳结构形成此正极，具体地，此类型的毡或者非织物，用硫/多硫化钠浸溃。同心围绕陶瓷电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.06.22 EP 10166807.71.一种用于通过形成氧化还原搭档并且互相分离存在的材料A和S存储电能的设备，其中 a)所述设备包括所述材料A和S， b)所述材料A和S每一个都被彼此分离地包括在设置在彼此之上的容器BA和BS中， c)其中通过阳离子可渗透的固态电解质E接合所述容器BA和BS，以及 d)所述容器BA和BS被包括在总容器中，其中所述设备包括包含通过固态电解质E接合的容器BA和BS的至少两个总容器。2.根据权利要求1的设备，其中所述容器BA和BS作为鼓对齐平地设置在彼此之上。3.根据前述权利要求中的至少一个的设备，其中所述材料A是碱金属并且所述材料S 是硫。4.根据权利要求3的设备，其中所述碱金属，具体地为钠，作为熔体存在并且被保持在多个陶瓷管的内部，所述陶瓷管由所述电解质E构成并且在底部封闭并且空间通过升高管与上方公共碱金属储存器具体地钠储存器连通。5.根据前述权利要求中的至少一个的设备，其中所述电解质E基本上由陶瓷或者传导阳尚子的玻璃构成。6.根据权利要求5的设备，其中所述电解质E基本上由可选稳定化的P氧化铝或者3 氧化铝构...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·于布勒，D·本德尔，G·胡贝尔，A·菲舍尔，B·舒贝，G·阿瑟顿，F·斯塔克普尔，CH·达斯特曼，
申请(专利权)人：巴斯夫欧洲公司，
类型：
国别省市：