JP5734273B2 - 電気化学エネルギーを貯蔵及び輸送する方法 - Google Patents
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Description
ナトリウムイオン透過性の隔壁(その隣に、ナトリウムと硫黄のための空間がある)、ナトリウム貯蔵のための容器(電池外部にある)、貯蔵容器から燃料電池へとナトリウムを輸送するための導管、硫黄を貯蔵するための容器(電池外部にある)、及び硫黄を貯蔵容器から電池に輸送するための導管。これらの電池は例えば、電気的に直列に接続されていてよい。
1.)高純度の液状硫黄を有する貯蔵容器BSと、液状の高純度アルカリ金属を有する貯蔵容器BAとを、それぞれ少なくとも1つ用意し、
2.)電気化学的なアルカリ金属/硫黄電池を少なくとも1つ用意し、ここで当該電池はそれぞれ少なくとも以下の構成要素2.1〜2.4:
2.1 液状アルカリ金属を収容するためのアノード区画A、
2.2 液状硫黄を収容するためのカソード区画K、
2.3 前記区画A及びKは、電池の稼働温度でアルカリ金属の酸化により形成されるカチオンに対して透過性の固体電解質Eによって分離されており、
2.4 アルカリ金属と硫黄との反応により生成された電流に対して、外部電流回路をつなぐ(schliessen)ための電極
を有しており、
3.)負極化された区画Aに液状アルカリ金属を、正極化された区画Kに液状硫黄を供給しながら、貯蔵容器BAを負極化された区画Aと、貯蔵容器BSを正極化された区画Kと接続し、
4.)アルカリ金属を酸化させ、カソード区画Kでアルカリ金属硫化物を形成し、電流を形成しながら、外部電流回路をつなぎ、
5.)カソード区画で形成されたアルカリ金属硫化物を取り去り、これを貯蔵容器BASに集め、
6.)貯蔵容器BASに集めたアルカリ金属硫化物を、高エネルギーが利用な場所及び電気化学電池内の電気分解によって、硫黄と高純度のナトリウムを形成させながら第二の電気化学電池に輸送し、
7.)工程6で得られる成分の硫黄及びアルカリ金属のうち少なくとも1つを、エネルギーが必要な場所に輸送し、電流発生器として接続された電気化学発電所に供給する
ことである。
実施例1:
A)電流生成
装置:
図1にフローチャートして示した、実験室用装置を使用した。
容器B1、B2、B3内、及び電解反応器C1内の温度と圧力、
容器B1、B2、B3内の充填レベル、
容器B1、B2、B3内、及び電解反応器C1内の洗浄ガス流量、
電解反応器C1の電池電圧と、電解電流。
容器B1には、粉末としての硫黄を、1%のセレン及びテトラシアノエチレンからの導電性添加物と共に満たし、そこで不活性ガス下、溶融させた。
電解装置は、電流生成のための実施例A)の装置構成に従った。容器B3には、組成がNa2S2.9のポリ硫化ナトリウムを6400g入れた。容器B1(硫黄)の底部バルブを閉鎖し、容器B2(ナトリウム)の底部弁(有孔板付き)を通じて開放し、ナトリウム弁をバイパスで閉鎖した。
電気化学エネルギー生成及び電気化学エネルギー活用という順序で、ポリ硫化ナトリウム電気分解を用いてこの試験を10回繰り返したが、反応比の変動は観察されなかった。
2.1発電所
50フル負荷時(Volllaststunden)の貯蔵能力が1000MWの蓄電発電所を設計する。図2に示したフローチャートは、この発電所を概略的に示している。
基本的には2.1)の構成に従った装置を、貯蔵用の余剰エネルギーを有する場所で電流を供給することにより使用した。
制御された整流器の切り替えにより、グリッドからのエネルギーを電解電池で活用することができる。ここでポリ硫化物は反応器に供給され、ナトリウムと硫黄が得られる。ここで当該タンクは、充填されるか、若しくは空になる。
このシステムは貯蔵安定性であり、かつサイクル安定性である。
実施例2からの蓄電発電所を従来の石炭発電所と比べると、700MWという最大出力で、エネルギー平衡(=50G/Wh)まで71hという稼働時間が得られる。50GWhを生成させるためには、効率38%、及び比炭素消費量323g/kWhで、石炭が約16,180トン必要になる。これは48,540トンのCO2量に相当し、電流生成サイクル1回あたり電気化学的な蓄電発電所によってこの量が削減される。ただし、再生エネルギー源のみから供給を受けるとしてだが。
Claims (15)
- エネルギーが必要な場所にある電気化学発電所で、反応体としてアルカリ金属及び硫黄を有する第一の電気化学電池と、高エネルギーが利用可能な場所にある第二の電気化学電池とを用いて、電気化学エネルギーを貯蔵、輸送、及び供給する方法において、
I.エネルギーが必要な前記場所で
1.)高純度の液状硫黄を有する貯蔵容器BSと、液状の高純度アルカリ金属を有する貯蔵容器BAとを、それぞれ少なくとも1つ用意し、
2.)第一の電気化学電池を少なくとも1つ用意し、ここで当該電気化学電池はそれぞれ少なくとも以下の構成要素2.1〜2.4:
2.1 液状アルカリ金属を収容するための負極化された区画A、
2.2 液状硫黄を収容するための正極化された区画K、
2.3 前記区画A及びKは、電池の稼働温度でアルカリ金属の酸化により形成されるカチオンに対して透過性の固体電解質Eによって分離されており、
2.4 アルカリ金属と硫黄との反応により生成された電流に対して、外部電流回路をつなぐための電極、
を有しており、
3.)負極化された区画Aに液状アルカリ金属を、正極化された区画Kに液状硫黄を供給しながら、貯蔵容器BAを負極化された区画Aと、貯蔵容器BSを正極化された区画Kと接続し、
4.)アルカリ金属を酸化させ、カソード区画Kでアルカリ金属硫化物を形成し、電流を形成しながら、外部電流回路をつなぎ、
5.)カソード区画で形成されたアルカリ金属硫化物を取り去り、これを貯蔵容器BASに集め、
II.貯蔵容器BASに集めたアルカリ金属硫化物を、第二の電気化学電池に輸送し、ここで高エネルギーが利用可能な前記場所と、エネルギーが必要な前記場所とは空間的に分離された場所であり、前記第二の電気化学電池において硫黄とアルカリ金属を形成させながら電気分解し、
III.工程IIで得られる成分の硫黄及びアルカリ金属のうち少なくとも1つを、エネルギーが必要な場所に輸送し、電気化学発電所に供給する、前記方法。 - 電極への、及び電極からの電流の供給及び/又は排出を、前記電極の表面にわたって均一に分布された多数の点によって行うことを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 前記液状のアルカリ金属が、高純度のナトリウムであることを特徴とする、請求項1又は2に記載の方法。
- 前記貯蔵容器BAが、電池から電位分離によって電気的に絶縁されていることを特徴とする、請求項1から3までのいずれか1項に記載の方法。
- 前記液状のアルカリ金属を、過圧で導入された不活性ガスにより循環させることを特徴とする、請求項1から4までのいずれか1項に記載の方法。
- 前記カソード区画に、液状硫黄、及び前記アルカリ金属硫化物としてポリ硫化ナトリウムが含まれていることを特徴とする、請求項3から5までのいずれか1項に記載の方法。
- 前記カソード区画に、液状硫黄、及び前記アルカリ金属硫化物として液状のポリ硫化ナトリウムが含まれていることを特徴とする、請求項3から6までのいずれか1項に記載の方法。
- 前記電解質Eとして、β−酸化アルミニウム又はβ''酸化アルミニウムを使用することを特徴とする、請求項1から7までのいずれか1項に記載の方法。
- 前記β−酸化アルミニウム又は前記β''酸化アルミニウムが安定化されている、請求項8に記載の方法。
- 前記β−酸化アルミニウム又は前記β''酸化アルミニウムがMgO又はLi2Oによって安定化されている、請求項9に記載の方法。
- 少なくとも300℃の稼働温度を維持することを特徴とする、請求項1から10までのいずれか1項に記載の方法。
- カソード区画で導電性添加剤を使用することを特徴とする、請求項1から11までのいずれか1項に記載の方法。
- 前記第一及び/又は第二の電気化学電池が、管型反応器として存在することを特徴とする、請求項1から12までのいずれか1項に記載の方法。
- 前記液状アルカリ金属が、二価カチオンの最大含分が3ppm未満である高純度ナトリウムであることを特徴とする、請求項1から13までのいずれか1項に記載の方法。
- 前記アルカリ金属硫化物としてのポリ硫化ナトリウムの電気分解に必要な電流を、太陽光発電、風力発電、水力発電、又は地熱発電によって生成することを特徴とする、請求項3から14までのいずれか1項に記載の方法。
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