CN105846759A - 一种主动捕获太阳能与储能的一体化太阳能电池装置 - Google Patents

Abstract

一种主动捕获太阳能与储能的一体化太阳能电池装置。整个装置由Ti金属网、电解液、选择性透过隔膜、多孔电极、Li₂O₂颗粒、锂金属电极、放电正极、放电负极、连接导线、绝缘填充物、外壳、染料敏化剂分子层、TiO₂纳米线棒、垫板和遮尘罩组成。本发明将太阳能的捕获和存储在同一个装置中实现，从而实现在不损失电量的基础上，将太阳能存储在蓄电池中，最终实现绿色、清洁及廉价能源的利用。

Description

一种主动捕获太阳能与储能的一体化太阳能电池装置

技术领域

本发明一种主动捕获太阳能与储能的一体化太阳能电池装置，涉及的是太阳能发电装置的技术领域，具体地说是一种捕获太阳能并储能的二合为一电池装置。

背景技术

传统的太阳能发电装置只能将太阳能转化为电能，在城镇区域，转化后的电能可以直接被用掉或者并入电网中。但是，在偏远的山区，供电系统不发达，无法直接并入电网，于是，需要将太阳能发电装置发出的电能储存到蓄电池中。但是，在将电储存到外部蓄电池中的过程中，就会造成电能的损失。为了解决这个问题，国内外都在着手研究，如何将蓄电池放入太阳电池内部，让发电过程和储存电能的过程合二为一，从而使电子的转移在电池内部实现，就不会发生电子或电能的损失，保证电池具有高效利用太阳能的技术。

发明内容

本发明的目的在于研究和开发一种有效捕获太阳能和能量储蓄这样两种功能二合为一的太阳能发电装置，使该装置成为具有高效、清洁及低成本等优点的一种主动捕获太阳能与储能一体化的太阳能电池装置。

其技术是这样实现的，包括Ti金属网、电解液、选择性透过隔膜、多孔电极、Li₂O₂颗粒、锂金属电极、放电正极、放电负极、连接导线、绝缘填充物、外壳、染料敏化剂分子层、TiO₂纳米线棒、遮尘罩、垫板，其特征在于：整个电池密封并固定在外壳内，外壳的上面设有面对着太阳光的Ti金属网，Ti金属网上面上均布有TiO₂纳米线棒，TiO₂纳米线棒周边附着有染料敏化剂分子，外壳内的中间固定有网状的多孔电极，内置有Li₂O₂颗粒的多孔电极一端与设在外壳外的放电正极连接，外壳内的底端设有锂金属电极，锂金属电极与设在外壳外的放电负极连接，Ti金属网通过连接导线和锂金属电极连接，连接导线通过绝缘填充物与外壳内的结构隔离并绝缘，锂金属电极与多孔电极、多孔电极与Ti金属网之间分别设有绝缘但可使离子和电子自由通过的选择性透过隔膜，Ti金属网和锂金属电极之间的外壳的腔体内充满电解液，外壳上端设有遮尘罩，遮尘罩与外壳之间设有垫板，所述的垫板厚度在0.5~2mm之间。

所述的充电过程是将染料敏化太阳能电池产生的电能存储在锂空气电池中的过程。光照充电时，染料分子受太阳照射后由基态被激发至激发态，处于激发态的染料分子将电子注入到TiO₂半导体的导带中，TiO₂半导体的导带中的电子扩散至Ti金属网并随着导线移动至锂金属电极，在锂金属电极附近区域的Li⁺得到电子形成锂单质附着在锂金属电极上，而氧电极中的Li₂O₂被电解液中的I⁺氧化为Li⁺和O₂，I⁺被还原为。同时，激发态的染料分子还可以被还原为基态的染料分子，并重复上述过程。随着Li₂O₂的不断分解，最终实现电能被存储在锂空气电池中。

所述的电极在放电过程中电极反应分别为：

负极：

正极：

总反应：

因此，放电过程中，电子的转移过程为，负极的锂金属失去电子，Li⁺扩散至氧电极，电子则沿着外电路经过负载后进入氧电极，并在氧电极上与进入其中的氧气以及Li⁺形成Li₂O₂。

本发明的有益之处在于，将太阳能的捕获和存储在同一个装置中实现，从而实现在不损失电量的基础上，将太阳能存储在蓄电池中，最终实现绿色、清洁及廉价能源的利用。

附图说明

图1为本发明主视剖视结构示意图；

图2为本发明俯视结构示意图；

图3为本发明网状染料敏化太阳能电池板侧面放大示意图；

其中，1-Ti金属网，2-电解液，3-选择性透过隔膜，4-多孔电极，5-Li₂O₂颗粒，6-选择性透过隔膜，7-锂金属电极，8-放电正极，9-放电负极，10-连接导线，11-绝缘填充物，12-外壳，13-染料敏化剂分子层，14-TiO₂纳米线棒、15-垫板、16-遮尘罩。

具体实施方式

以下结合具体实施例，对本发明作进一步描述：

见附图1、2、3，整个电池密封并固定在外壳12内，外壳12的上面设有面对着太阳光的Ti金属网1，Ti金属网1上面上均布有TiO₂纳米线棒14，TiO₂纳米线棒14周边附着有染料敏化剂分子13，外壳12内的中间固定有网状的多孔电极4，内置有Li₂O₂颗粒5的多孔电极4一端与设在外壳12外的放电正极8连接，外壳12内的底端设有锂金属电极7，锂金属电极7与设在外壳12外的放电负极9连接，Ti金属网1通过连接导线10和锂金属电极7连接，连接导线10通过绝缘填充物11与外壳12内的结构隔离并绝缘，锂金属电极7与多孔电极4、多孔电极4与Ti金属网1之间分别设有绝缘但可使离子和电子自由通过的选择性透过隔膜3和选择性透过隔膜6，Ti金属网1和锂金属电极7之间的外壳12的腔体内充满电解液2，外壳12上端设有遮尘罩16，遮尘罩16与外壳12之间设有垫板15，所述的垫板15厚度在0.5mm。

见附图1、2、3，充电的过程就是将染料敏化太阳能电池中产生的电能存储在锂金属电极7和多孔电极4之间形成锂空气电池的过程。首先，染料敏化剂分子13受太阳光照射后由基态被激发至激发态，处于激发态的染料敏化剂分子13将电子注入到TiO₂纳米线棒14的导带中，然后，TiO₂纳米线棒14导带中的电子扩散至Ti金属网1并随着导线移动至锂金属电极7，在锂金属电极7附近区域的Li⁺得到电子形成锂单质附着在锂金属电极7上，而氧电极中的Li₂O₂被电解液中的I⁺氧化为Li⁺和O₂，I⁺被还原为。同时，激发态的染料敏化剂分子13还可以被还原为基态的染料分子，并重复上述过程。随着Li₂O₂的不断分解，最终实现电能被存储在锂空气电池中。

放电时，负极的锂金属电极7失去电子，Li⁺扩散至氧电极，电子则沿着外电路经过负载后进入多孔电极4，并在多孔电极4上与进入其中的氧气以及Li⁺形成Li₂O₂。在放电过程中，电极反应分别为：

负极：2Li→2Li⁺+2e^-

正极：2Li⁺+O₂+2e^-→Li₂O₂

总反应：2Li+O₂→Li₂O₂

该电池类似于植物的光合作用，光照时，电池将光能转化为电能并储存在其中，同时释放出氧气；撤销光照，放电时，电能通过外电路被消耗掉，同时吸收氧气。

Claims (2)

1.一种主动捕获太阳能与储能的一体化太阳能电池装置，包括Ti金属网、电解液、选择性透过隔膜、多孔电极、Li₂O₂颗粒、锂金属电极、放电正极、放电负极、连接导线、绝缘填充物、外壳、染料敏化剂分子层、TiO₂纳米线棒、遮尘罩、垫板，其特征在于：整个电池密封并固定在外壳内，外壳的上面设有面对着太阳光的Ti金属网，Ti金属网上面上均布有TiO₂纳米线棒，TiO₂纳米线棒周边附着有染料敏化剂分子，外壳内的中间固定有网状的多孔电极，内置有Li₂O₂颗粒的多孔电极一端与设在外壳外的放电正极连接，外壳内的底端设有锂金属电极，锂金属电极与设在外壳外的放电负极连接，Ti金属网通过连接导线和锂金属电极连接，连接导线通过绝缘填充物与外壳内的结构隔离并绝缘，锂金属电极与多孔电极、多孔电极与Ti金属网之间分别设有绝缘但可使离子和电子自由通过的选择性透过隔膜和选择性透过隔膜，Ti金属网和锂金属电极之间的外壳的腔体内充满电解液，外壳上端设有遮尘罩，遮尘罩与外壳之间设有板垫。

2.根据权利要求1所述的一种主动捕获太阳能与储能的一体化太阳能电池装置，其特征在于：所述的板垫厚度在0.5~2mm之间。