RS62944B1 - Redoks protočna baterija sa redoks parom na bazi ugljendioksida - Google Patents

Redoks protočna baterija sa redoks parom na bazi ugljendioksida

Info

Publication number
RS62944B1
RS62944B1 RS20220046A RSP20220046A RS62944B1 RS 62944 B1 RS62944 B1 RS 62944B1 RS 20220046 A RS20220046 A RS 20220046A RS P20220046 A RSP20220046 A RS P20220046A RS 62944 B1 RS62944 B1 RS 62944B1
Authority
RS
Serbia
Prior art keywords
catalyst
flow battery
negative electrode
redox flow
redox
Prior art date
Application number
RS20220046A
Other languages
English (en)
Inventor
Elod Gyenge
Original Assignee
Agora Energy Tech Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Agora Energy Tech Ltd filed Critical Agora Energy Tech Ltd
Publication of RS62944B1 publication Critical patent/RS62944B1/sr

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/20—Indirect fuel cells, e.g. fuel cells with redox couple being irreversible
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/8605—Porous electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/8605—Porous electrodes
    • H01M4/8615—Bifunctional electrodes for rechargeable cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/90—Selection of catalytic material
    • H01M4/92—Metals of platinum group
    • H01M4/921—Alloys or mixtures with metallic elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/18—Regenerative fuel cells, e.g. redox flow batteries or secondary fuel cells
    • H01M8/184—Regeneration by electrochemical means
    • H01M8/188—Regeneration by electrochemical means by recharging of redox couples containing fluids; Redox flow type batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00—Electrolytes
    • H01M2300/0002—Aqueous electrolytes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00—Electrolytes
    • H01M2300/0002—Aqueous electrolytes
    • H01M2300/0014—Alkaline electrolytes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Inert Electrodes (AREA)
  • Hybrid Cells (AREA)

Description

Opis
Oblast
[0001] Ovo otkrivanje uopšteno se odnosi na redoks protočnu bateriju koja uključuje redoks par na bazi ugljendioksida (CO2).
Pozadina
[0002] Redoks protočne baterije su elektrohemijski uređaji koji koriste neprekidan protok reaktanata na jednoj ili obe elektrode ćelije. Vrste reaktanata prelaze između visokih i niskih stanja oksidacije što je neophodno za reakcije elektroda za punjenje i pražnjenje baterija. Tri definišuće osobine redoks protočnih baterija su: i) recirkulacija vrsta reaktanata u istoj ćeliji ili tokom oksidacije ili tokom redukcije na elektrodama, ii) elektrohemijska preokretljivost reakcija elektroda i iii) skladištenje redoks vrsta izvan ćelije kada ćelija nije u radu. Literatura stanja tehnike opisuje razne redoks hemije koje su ispitane za redoks protočne baterije. Neki poznati primeri redoks parova uključuju: vanadijum-vanadijum, železohrom, vanadijum-brom, cink-brom, i cink-cerijum. Takođe je poznato da se redoks reaktanti rastvaraju u vodenim elektrolitima (kiseli ili alkalni rastvori) sa adekvatnom provodljivošću jona za rad ćelije; videti na primer, A.Z. Weber, M.M. Mench, J. Meyers, P.N. Ross, J.T. Gostick, Q. Liu, J. Appl. Electrochem.41 (2011) 1137-1164.
[0003] Dok su uopšteni koncepti povezani sa redoks protočnim baterijama poznati u ovoj oblasti, poboljšanja se mogu izvesti u hemiji i konstrukciji takvih baterija za različite primene, uključujući obezbeđivanje skladištenja energije i sposobnost generisanja u elekričnim mrežama koje imaju naizmenične izvore proizvodnje energije kao što su solarni, na vetar i druge izvore čiste energije. Redoks protočne baterije su poželjne za industrijsku (npr., na nivou mreže) proizvodnju i skladištenje energije, a određenije, mogu da obezbede izjednačavanje opterećenja, što je naročito značajno za alternativne izvore energije koji generišu struju naizmenično.
Kratak pregled
[0004] U skladu sa jednim aspektom ovog pronalaska, obezbeđena je redoks ili punjiva protočna baterija koja obuhvata negativnu elektrodu, pozitivnu elektrodu, i separator provodljivosti jona.
Negativna elektroda obuhvata redoks par na bazi ugljendioksida i dvofunkcionalni katalizator odabran da redukuje ugljendioksid u ugljenični derivat u ciklusu skladištenja energije i da oksidiše ugljenični derivat u ugljendioksid u ciklusu proizvodnje energije. Separator provodljivosti jona je postavljen da provodi jone između negativnih i pozitivnih elektroda i da odvoji reaktant negativne elektrode na negativnoj elektrodi od reaktanta pozitivne elektrode na pozitivnoj elektrodi.
[0005] Redoks par može biti ugljendioksid-mravlja kiselina u kom slučaju ugljenični derivat je mravlja kiselina. Dvofunkcionalni katalizator negativne elektrode odabran je da redukuje CO2tokom punjenja baterije i da oksidiše mravlju kiselinu tokom pražnjenja baterije. U jednoj alternativi, redoks par može biti ugljendioksid-formatna so, u kom slučaju ugljenični derivat može biti bilo koji od sledećih: litijum format, natrijum format; kalijum format, i cezijum format. Dvofunkcionalni katalizator negativne elektrode odabran je da redukuje CO2i da oksidiše formatnu so (litijum, natrijum, kalijum ili cezijum). U drugoj alternativi, redoks par može biti ugljendioksid-oksalatna so, u kom slučaju ugljenični derivat može biti bilo koji od sledećih: litijum, natrijum oksalat, kalijum oksalat, i cezijum oksalat. U ovoj alternativi, dvofunkcionalni katalizator negativne elektrode odabran je da redukuje CO2i da oksidiše oksalatnu so (litijum, natrijum, kalijum ili cezijum).
[0006] Pozitivna elektroda može da obuhvata brom-bromid redoks par i dvofunkcionalni katalizator odabran da redukuje brom i da oksidiše bromid. U jednoj alternativi, pozitivna elektroda može da obuhvata hlor-hlorid redoks par i dvofunkcionalni katalizator odabran da redukuje hlor i da oksidiše hlorid. U drugoj alternativi, pozitivna elektroda može da obuhvata jod-jodid (polijodid) redoks par i dvofunkcionalni katalizator odabran da redukuje oksidant i oksidizuje reduktant jod-jodid (polijodid) redoks para. U još jednoj alternativi, pozitivna elektroda može da obuhvata vanadijum (IV)-vanadijum (V) redoks par i dvofunkcionalni katalizator odabran da redukuje vanadijum (V) i oksidizuje vanadijum (IV). U još jednoj alternativi, pozitivna elektroda može da obuhvata hrom (III)-dihromat (VI) redoks par i dvofunkcionalni katalizator odabran da redukuje dihromat (VI) i oksidizuje cerijum (III). U još jednoj alternativi, pozitivna elektroda može da obuhvata cerijum (III)-cerijum (IV) redoks par i dvofunkcionalni katalizator odabran da redukuje cerijum (IV) i oksidizuje cerijum (III). Alternativno, pozitivna elektroda može biti dvofunkcionalna kiseonična elektroda koja obuhvata dvofunkcionalni katalizator koji je odabran da oksidiše vodu ili hidroksid i da redukuje kiseonik.
[0007] Za sve ovde predstavljene slučajeve, dvofunkcionalni katalizator za negativnu elektrodu (tj., ona koja koristi CO2/ugljenični derivat) može biti bilo koji, bez ograničavanja, od sledećih: paladijumski ili dvostruki paladijum-kalajni katalizator, trostruki paladijum-kalaj-indijumski katalizator, trostruki paladijum-olovo-kalajni katalizator, četvorostruki paladijum-olovo-kalaj-indijumski katalizator; osmijumski ili katalizator legure osmijuma. Stručnjacima je jasno da postoje mnoge opcije katalizatora sa negativnom elektrodom pored ovih navedenih, koje uključuju različite metale, legure, nanočestice jezgro-oklop, organometalne katalizatore, bioenzimatske katalizatore, itd.
[0008] Sa stanovišta elektrohemijskog inženjerskog projektovanja, stručnjacima je jasno da negativna elektroda može biti bilo koja od sledećih: tip elektrode za difuzovanje gasova, tip elektrode metalnih organskih okvira, tip elektrode sa pokretnim slojem, tip elektrode sa membranom obloženom katalizatorom, i elektroda sa slojem čestica (ili upakovan ili fluidizovan sloj).
[0009] Separator provodljivosti jona može biti bilo koji od sledećih: proton izmenjivačka polimerna membrana, proton provodna keramička membrana, katjon izmenjivačka membrana, katjon provodna keramička membrana, i anjon izmenjivačka membrana. Separator provodljivosti jona takođe može biti porozni materijal koji sadrži u porama tečni alkalni elektrolit, ili tečni kiseli elektrolit.
Kratak opis crteža
[0010]
Fig.1(a) i (b) su šematski prikazi CO2― mravlja kiselina redoks protočne baterije u skladu sa prvim načinom izvođenja, pri čemu je redoks protočna baterija prikazana kako radi u modu punjenja baterije na Fig.1(a) i prikazana je kako radi u modu pražnjenja baterije na Fig.1(b). Fig.2(a) i (b) su šematski prikazi CO2― formatna so (natrijum ili kalijum format) redoks protočne baterije u skladu sa drugim načinom izvođenja, pri čemu je redoks protočna baterija prikazana kako radi u modu punjenja baterije na Fig.2(a) i prikazana je kako radi u modu pražnjenja baterije na Fig.2(b).
Fig.3 je šematski prikaz negativne elektrode redoks protočne baterije prikazane na Fig.1 koja obuhvata dvofunkcionalni katalizatorski sloj na strujnom kolektoru/napojnom supstratu.
Fig.4(a) i (b) su šematski prikazi CO2― mravlja kiselina redoks protočne baterije u skladu sa trećim načinom izvođenja i obuhvata pozitivnu elektrodu sa vanadijum (IV)-vanadijum (V) redoks parom, pri čemu je redoks protočna baterija prikazana kako radi u modu punjenja baterije na Fig.4(a) i prikazana je kako radi u modu pražnjenja baterije na Fig.4(b).
Fig.5(a) i (b) su šematski prikazi CO2― format redoks protočne baterije u skladu sa četvrtim načinom izvođenja i obuhvata dvofunkcionalnu kiseoničnu elektrodu na pozitivnoj elektrodi, pri čemu je redoks protočna baterija prikazana kako radi u modu punjenja baterije na Fig.5(a), i prikazana je kako radi u modu pražnjenja baterije na Fig.5(b).
Detaljan opis načina izvođenja
[0011] Načini izvođenja opisani ovde generalno se odnose na redoks protočnu bateriju iz oblasti elektrohemijske proizvodnje i skladištenja energije. Redoks protočna baterija obuhvata negativnu elektrodu koja uključuje redoks par na bazi ugljendioksida, pozitivnu elektrodu, i separator provodljivosti jona između negativnih i pozitivnih elektroda. Negativna elektroda takođe obuhvata dvofunkcionalni katalizator koji omogućava redukciju ugljendioksida u ugljenične vrste (npr., mravlja kiselina, oksalna kiselina ili njihove soli) u ciklusu punjenja baterije (tj., skladištenja energije), i oksidaciju gore pomenutih ugljeničnih vrsta u ciklusu pražnjenja baterije (tj., proizvodnje energije) u istom uređaju.
Pozitivna elektroda može da koristi različite redoks parove odabrane tako da ravnotežni napon ćelije baterije, definisan kao ravnotežni napon pozitivne elektrode minus ravnotežni napon negativne elektrode, bude pozitivna vrednost. Neki primeri pozitivnih elektroda uključuju brom-bromid, hlorhlorid, vanadijum (V)-vanadijum (IV), dihromat (VII)-hrom (III), cerijum (IV)-cerijum (III), kiseonik-voda (ili hidroksid). Separator provodljivosti jona služi da fizički razdvoji reaktante na negativnoj elektrodi ("reaktanti negativne elektrode") od reaktanata na pozitivnoj elektrodi ("reaktanti pozitivne elektrode") i da provodi jone između pozitivinih i negativnih elektroda; separator provodljivosti jona može biti separator provodljivosti katjona u nekim načinima izvođenja kao što je proton izmenjivačka membrana, ili proton provodna keramička membrana i separator provodljivosti anjona u drugim načinima izvođenja, kao što je anjon izmenjivačka membrana, ili može biti porozni materijal koji sadrži u porama tečni alkalni elektrolit ili tečni kiseli elektrolit.
[0012] Na negativnoj elektrodi redoks protočne baterije, reaktant koji obuhvata ugljendioksid i njegove ugljenične derivate (npr., mravlja kiselina ili formatne soli, oksalna kiselina ili oksalatne soli, ugljenmonoksid) koristi se u elektrohemijski katalizovanim redoks reakcijama. Ciklus punjenja redoks protočne baterije (tj., skladištenja energije) uključuje elektrohemijsku redukciju ugljendioksida na negativnoj elektrodi koja radi kao katoda i proizvodi ugljenične vrste. Tokom ciklusa pražnjenja baterije (tj., proizvodnje energije), ugljenične vrste se oksidizuju na površini iste negativne elektrode, koja sada radi kao anoda baterije i proizvodi ugljendioksid. U nekim načinima izvođenja, negativna elektroda je odabrana iz kategorije veoma-površinski poroznih elektroda poznatih stručnjacima kao što je gasdifuziona elektroda, katalizatorom obložena membrana, i elektroda sa pokretnim slojem. U nekim načinima izvođenja, ugljendioksid se dostavlja u negativnu elektrodu ili kao neprekidan gasni tok ili kao tok disperzije dvo-faznog gas-tečnog elektrolita (nadalje označen kao " tok reaktanta koji sadrži ugljendioksid").
[0013] Očekuje se da redoks protočna baterija obezbedi efikasan uređaj za skladištenje energije koji može da pomogne u rešavanju izazova industrijskog prihvatanja određenih tehnologija koje koriste čistu energiju, naročito onih tehnologija koje imaju naizmenični ciklus proizvodnje energije (pik vs. izvan pika). Za razliku od redoks protočnih baterija iz stanja tehnike, redoks protočna baterija u skladu sa ovim načinima izvođenja koristi ugljendioksid i njegove ugljenične derivati kao reaktant na negativnoj elektrodi. Takođe bez saznanja iz stanja tehnike, redoks protočna baterija u skladu sa ovim načinima izvođenja koristi reverzibilnu redoks reakciju koja uključuje ugljendioksid i njegove ugljenične derivate na površini iste elektrode u istom uređaju; ovo predstavlja suštinsku osobinu za rad redoks protočne baterije u modovima punjenja i pražnjenja, respektivno.
[0014] Razni ugljenični derivati mogu se generisati elektrohemijskom redukcijom ugljendioksida uključujući: ugljenmonoksid, ugljovodonike (npr., metan, etan, etilen), alkohole (npr., metanol), i organske kiseline i njihove soli (npr., mravlja kiselina i formatne soli, oksalna kiselina i oksalatne soli).
Generisani ugljenični derivati uglavnom su funkcija upotrebljenog katodnog katalizatora i drugih uslova kao što je napon elektroda, temperatura, pritisak i kompozicija elektrolita. Na primer, pronađeno je da eksperimenti sa redukcijom ugljendioksida na indijumskim, kalajnim, olovnim, kadmijumskim i nanocevčicama ugljenika dopiranog azotom, proizvode format ili mravlju kiselinu zavisno od pH uslova; pronađeno je da eksperimenti koji koriste materijale srebra, zlata i cinka, proizvode ugljenmonoksid, i pronađeno je da eksperimenti koji koriste bakar uglavnom proizvode ugljovodonike. U skladu sa tim, različiti načini izvođenja redoks protočne baterije mogu koristiti različite katalizatorske materijale radi proizvodnje različitih ugljeničnih derivata ugljendioksida, koji uključuju mravlju kiselinu, oksalnu kiselinu, ugljenmonoksid i ugljovodonike.
[0015] Pozivajući se sada na Fig.1(a) i (b) i u skladu sa prvim načinom izvođenja, CO2― mravlja kiselina redoks protočna baterija 10 obuhvata negativnu elektrodu 12 sa CO2-mravlja kiselina redoks parom i CO2-mravlja kiselina dvofunkcionalnim katalizatorskim slojem, pozitivnu elektrodu 14 koja ima bromidbrom dvofunkcionalni katalizatorski sloj, i separator 16 provodljivosti jona između negativnih i pozitivnih elektroda 12, 14 koji provodi protone (u nastavku označen kao "separator 16 za provođenje protona"). Pozivajući se na Fig.2(a) i (b) i u skladu sa drugim načinom izvođenja, obezbeđena je CO2-format redoks protočna baterija 10 koja ima negativnu elektrodu 12 koja obuhvata CO2-formatna so redoks par i CO2-formatna so (natrijum ili kalijum format) dvofunkcionalni katalizatorski sloj, separator 16 provodljivosti katjona i pozitivnu elektrodu 14 sa bromid-brom dvofunkcionalnim katalizatorskim slojem.
[0016] Pozivajući se na Fig.3, negativna elektroda 12 obuhvata strujni kolektor/napojni supstrat 18 na koji se postavlja dvofunkcionalni katalizatorski sloj. Dvofunkcionalni katalizatorski sloj u oba i prvom i drugom načinu izvođenja obuhvata CO2redukciona katalizatorska mesta 20, oksidaciona katalizatorska mesta 22 sa mravljom kiselinom (ili formatom), jonomer 24, i hidrofobni agens 26 svi naneti na katalizatorsku podlogu 28. CO2redukciona katalizatorska mesta 20 i oksidaciona katalizatorska mesta 22 sa mravljom kiselinom (ili formatom) mogu ili ne moraju biti deo istog nasipnog materijala, zavisno od dizajna katalizatora. Negativna elektroda 12 može biti vrste odabrane iz grupe koju čine veomapovršinski porozne elektrode poznate stručnjacima, kao što je gas-difuziona elektroda, katalizatorom obložena membrana, elektroda sa pokretnim slojem ili (MOF) elektroda na bazi metalnog organskog okvira. Struktura negativne elektrode 12 obezbeđuje dvofunkcionalnu elektrokatalitičku aktivnost čime olakšava efikasnu redukciju ugljendioksida i oksidaciju mravlje kiseline (ili formata) na istoj elektrodi. CO2redukciona katalizatorska mesta 20 su najaktivnija za redukciju ugljendioksida, a oksidaciona katalizatorska mesta 22 sa mravljom kiselinom (ili formatom) su najaktivnija za oksidaciju mravlje kiseline (ili formatnog anjona). Dvofunkcionalni katalizator na redukcionim i oksidacionim katalizatorskim mestima 20, 22 može imati različite kristalografske aspekte istog materijala, morfološki različita mesta (npr., ivice vs. izbočine), i dvostruku, trostruku ili četvorostruku kombinaciju metala i/ili oksida. Primeri katalizatora sa dvofunkcionalnom aktivnošću uključuju, ali se ne ograničavaju na: paladijum, legure paladijuma, osmijum, legure osmijuma, paladijum-kalaj, paladijum-kalaj-indijum, paladijum-olovo-kalaj, paladijum-olovo-kalaj-indijum, paladijum-kalaj-osmijum, paladijum-osmijum. Drugi katalizatori sa dvofunkcionalnom aktivnošću kakvi su poznati stručnjaku iz ove oblasti, takođe se mogu koristiti.
[0017] Strujni kolektor/napojni supstrat 18 može da obuhvata veoma-površinski supstrat kao što su različiti ugljenični materijali od tkanine, filca i vlakana, organsku polimernu mrežu, metalnu mrežu (npr., nikl, čelik, bakar, titanijum) i metalni organski okvir koji se takođe ponaša kao strujni kolektor ili uvodnik, zavisno ot toga da li se baterija prazni ili puni, respektivno. Jonomer 24 obezbeđuje jono provodnu mrežu potrebnu da zadrži elektrohemijske reakcije i može biti sastavljen od proton ili hidroksid jono provodnog polimera ili jono provodnog keramičkog materijala ili tečnog elektrolita. Opciono, sloj katalizatora negativne elektrode takođe može da sadrži hidrofobni agens 26 (npr., politetrafluoroetilen, prikazan na Fig.3). Katalizatorska podloga 28 može biti sastavljena od ugljeničnih čestica, ugljeničnih nanocevčica, grafena, metalnih oksida (npr., iridijum oksid, cirkonijum oksid, titanijum oksid), i/ili metalnih čestica (npr., nikl, platina, zlato) i/ili kombinacija svih ili nekih od navedenih. Efekti interakcije među svim ovim komponentama mogu imati značajan uticaj na performansu redoks protočne baterije i njenu radnu energetsku efikasnost. Na primer, stručnjacima je jasno da katalizatorska podloga može da ima snažan uticaj na elektrokatalitička svojstva zbog različitih efekata kao što su elektronski interakcioni efekti i površinski difuzioni efekti ključnih intermedijera.
[0018] Pozivajući se nazad na prvi način izvođenja, separator 16 za provođenje protona obuhvata proton izmenjivačku membranu kao što je membrana čvrstog polimernog elektrolita ili proton provodna keramička membrana. Proton provodne membrane koje su pogodne kao separator 16 za provođenje protona tipično imaju maksimalne radne temperature do oko 140<0>C, zavisno uglavnom od vrste membrane i njene provodljivost jona. Proton provodne keramičke membrane pogodne za primenu kao separator 16 za provođenje protona mogu da imaju maksimalne radne temperature visoke od 600 do 700<0>C. Jedna prednost viših maksimalnih radnih temperatura je u tome što su kinetike procesa elektroda znatno brže, zbog čega su gubici povezani sa kinetikama elektroda redukovani. To može biti pogodno za negativnu ugljendioksidnu elektrodu koja može biti pogođena sporim kinetikama bilo u modu punjenja (tj., redukciji ugljendioksida) ili u modu pražnjenja (tj., oksidaciji mravlje kiseline).
Ublažavanje gubitaka usled kinetika elektroda predstavlja način povećavanja povratne efikasnosti redoks protočne baterije 10.
[0019] Pozitivna elektroda 14 obezbeđuje bromid-brom redoks par koji ulazi u međusobnu reakciju sa dvofunkcionalnim (tj., oksidacija bromida i redukcija broma) katalizatorskim slojem. Ovakav katalizatorski sloj može biti veoma-površinski ugljeničan (npr., grafitni filc, ugljenični papir) i takođe može da sadrži metale kao katalizator kao što je platina, paladijum, zlato.
[0020] Ova redoks protočna baterija 10 može da radi u modu punjenja baterije kako je prikazano na Fig. 1(a) i modu pražnjenja baterije kako je prikazano na Fig.1(b). U modu punjenja baterije, tok gasa koji sadrži ugljendioksid ("tok napajanja reakcije redukcije") isporučuje se iz CO2izvora (nije prikazan) do negativne elektrode 12 pri čemu se redukuje u mravlju kiselinu pod kiselim pH uslovima u prvom načinu izvođenja (Fig.1(a)). Kiseli pH uslovi mogu se postići primenom tečnog kiselog elektrolita i/ili inkorporiranjem kiselog jonomera (npr., Nafion®) u sloj katalizatora negativne elektrode. Mravlja kiselina se zatim usmerava ("tok proizvoda reakcije redukcije") na mesto skladištenja mravlje kiseline (nije prikazano). U modu pražnjenja baterije (tj., proizvodnje energije), mravlja kiselina iz toka koji sadrži mravlju kiselinu isporučuje se iz mesta skladištenja mravlje kiseline do negativne elektrode 12 ("tok napajanja reakcije oksidacije") i oksidizuje se na negativnoj elektrodi 12 radi proizvodnje CO2toka. CO2tok ("tok proizvoda reakcije oksidacije") se zatim usmerava na mesto skladištenja CO2. CO2može biti uskladišten na primer kao komprimovan CO2ili adsorbovan na različitim veoma-površinskim adsorbentima kao što su zeoliti, metalo-organski okviri, tako da se može ponovo upotrebiti u modu punjenja baterije. Na taj način, redoks par na bazi CO2se prenosi između faza redukcije i oksidacije. Pozivajući se na mod punjenja baterije prikazan na Fig.1(a), tok koji sadrži ("tok napajanja reakcije oksidacije") alkalni/zemno alkalni metal-bromidnu so (npr., NaBr, KBr) ili bromovodoničnu kiselinu (HBr) isporučuje se iz mesta skladištenja (nije prikazano) do pozitivne elektrode 14, a bromidni anjoni koji su u njemu sadržani oksidizuju na pozitivnoj elektrodi 14 radi proizvodnje toka broma. Tok broma ("tok proizvoda reakcije oksidacije") se zatim usmerava na mesto skladištenja broma (nije prikazano).
Pozivajući se na mod pražnjenja baterije (tj., proizvodnju energije) kako je prikazano na Fig.1(b), tok koji sadrži brom ("tok napajanja reakcije redukcije") isporučuje se iz mesta skladištenja broma do pozitivne elektrode 14, a brom koji je u njemu sadržan redukuje se na pozitivnoj elektrodi 14 radi proizvodnje bromidnih anjona u toku koji sadrži ("tok proizvoda reakcije redukcije") alkalni/zemno alkalni metalbromidnu so. Na taj način, na pozitivnoj elektrodi 14, bromid-brom redoks par se prenosi između faza oksidacije i redukcije. Brom se može pogodno održavati u rastvoru koji obrazuje kompleks (Br3-) sa bromidom, na način kakav je poznat u struci.
[0021] Elektrohemijske reakcije pod kiselim uslovima povezane sa prvim načinom izvođenja redoks protočne baterije 10 i respektivna standarda elektroda i ćelijski naponi na 298 K su kako sledi:
[0022] Teoretska specifična energetska gustina ugljendioksid/mravlja kiselina-bromid/brom redoks protočne baterije opisana gornjom jednačinom, iznosi 547 Wh po kg reaktanata (brom i mravlja kiselina) na 298 K. Ravnotežni (ili reverzibilni) ćelijski napon određuje se koncentracijom HCOOH, H<+>, Br<->i Br2, delimičnim pritiskom CO2i temperaturom u skladu sa Nernst-ovom jednačinom. Praktična relevantnost ravnotežnog napona je da se približava ćelijskom naponu otvorenog kola baterije. Prema tome, tokom proizvodnje energije (tj., pražnjenja baterije) stvarni (radni) ćelijski napon uvek će biti manji od napona otvorenog kola, dok tokom skladištenje energije u bateriji (tj., punjenja baterije) u apsolutnoj vrednosti radni ćelijski napon uvek će biti viši od ćelijskog napona otvorenog kola.
[0023] Povratna radna energetska efikasnost redoks protočne baterije 10 definisana je kao električna energija (ili struja) generisana tokom pražnjenja podeljeno sa električnom energijom (ili strujom) potrošenom za punjenje. Povratna energetska efikasnost zavisi od višestrukih faktora koji uključuju prenos naelektrisanja negativne i pozitivne elektrode i prenapone transfera mase i pada omskog napona u bateriji.
[0024] Što je ćelijska reakcija bliža reverzibilnosti, to je veća povratna efikasnost. To je u velikoj meri određeno dvofunkcionalnim katalizatorom negativne elektrode (npr., redukcija ugljendioksida i oksidacija mravlje kiseline (ili formatnog anjona)), budući da su brzine elektrohemijskih reakcija na negativnoj elektrodi, bilo u fazi punjenja ili pražnjenja, značajno tromije u odnosu na kinetike pozitivne elektrode (npr., za Br2/Br<->redoks par). Pored toga, konstrukciona optimizacija drugih varijabli kao što je temperatura, pritisak, dinamike fluida, distribucije gustine struje i dizajna ćelije mogu da imaju značajan efekat na povratnu energetsku efikasnost baterije.
[0025] Redoks protočna baterija 10 u skladu sa drugim načinom izvođenja radi na sličan način kao u prvom načinu izvođenja. Primarna razlika je da se u modu punjenja baterije kako je prikazano na Fig. 2(a), tok gasa koji sadrži ugljendioksid snabdeva do negativne elektrode 12 i redukuje se u formatni anjon pod alkalnim pH uslovima. Alkalni pH uslovi mogu se obezbediti tečnim alkalnim elektrolitom kao što su rastvori bikarbonata i karbonata, rastvori hidroksida i/ili anjonskim jonomerom inkorporiranim u sloj katalizatora negativne elektrode. U modu pražnjenja baterije (tj., proizvodnje energije) kako je prikazano na Fig.2(b), formatni anjon oksidizuje se na negativnoj elektrodi 12 u ugljendioksid.
[0026] U oba načina izvođenja, tok koji sadrži ugljendioksid koji se snabdeva do baterije može biti dobijen iz različitih industrijskih izvora koji uključuju proizvodnju cementa i čelika, elektrane na fosilna goriva, postrojenja za proizvodnju amonijaka, itd. Tok koji sadrži ugljendioksid može biti snabdeven do redoks protočne baterije 10 ili kao jedno-fazni gasni tok ili kao dvo-fazni tečno-gasni tok (npr., rastvor kiselog elektrolita/gasa ili rastvor alkalnog elektrolita/gasa). Odabir jedno ili dvo-faznog snabdevanja takođe zavisi od konstrukcije negativne elektrode baterije. Na primer, ako se koristi katalizatorom obložena membrana ili gas difuziona elektroda, onda je moguć jedno-fazni gasni CO2tok. Međutim, ako se koristi negativna elektroda sa protočnim slojem, tada dvo-fazni mod snabdevanja sa fazama tečnog elektrolita i CO2gasom, postaje nephodan. Tok koji sadrži ugljendioksid može biti prečišćen pre uvođenja u redoks protočnu bateriju, ukoliko druge hemijske komponente prisutne u toku mogu vremenom da deaktiviraju katalitičku aktivnost negativne elektrode ili kontaminiraju druge komponente baterije. Energija za punjenje baterije može biti snabdevena iz raznih izvora koji uključuju izvore konvencionalne i alternativne čiste energije (npr., solarni, pomoću vetra, geotermalni, biogasni). Zbog toga, zapravo, generisana mravlja kiselina (ili formatna so) mogu se upotrebiti kao podloga za skladištenje energije radi izjednačavanja opterećenja (npr., za skladištenje izvan pika za solarne ili na vetar ili druge alternativne izvore energije sa naizmeničnom proizvodnjom). Tako, redoks protočna baterija ima napon da funkcioniše kao jedinica za skladištenje i proizvodnju energije sa neutralnim ugljenikom.
[0027] U skladu sa trećim načinom izvođenja i pozivajući se na Fig.4(a) i (b), redoks protočna baterija 10 obuhvata ugljendioksid-mravlja kiselina negativnu elektrodu kako je prethodno opisano i vanadijum (IV)/(V) pozitivnu elektrodu. Standardni ćelijski napon na 298 K u ovom slučaju je 1.2 V. Reakcije na elektrodama i ukupnoj redoks protočnoj bateriji 10 su:
[0028] Drugi načini izvođenja redoks protočne baterije 10 mogu da primene drugačije redoks parove od CO2-mravlja kiselina i CO2-format; na primer, negativna elektroda 12 može da uključuje CO2-oksalni redoks par. U nastavku, prikazane su reakcije elektrode redoks protočne baterije 10 sa ugljendioksidoksalna kiselina redoks parom negativne elektrode 12 i brom-bromid pozitivnom elektrodom 14:
[0029] U drugim načinima izvođenja redoks protočne baterije 10, mogu se koristiti drugi redoks parovi kao reaktant na pozitivnoj elektrodi, kao što je: hlor-hlorid sa ćelijskim standardnim naponom od 1.56 V, jod-jodid, dihromat (VI)-hrom (III) sa standardnim ćelijskim naponom od 1.56 V, cerijum (IV)-cerijum (III) sa standardnim ćelijskim naponom od 1.9 V, ili dvofunkcionalna elektroda za kiseonik (redukcija kiseonika-evolucija kiseonika) sa standardnim ćelijskim naponom od 1.49 V.
[0030] U skladu sa alternativnim načinom izvođenja ("četvrti način izvođenja") i pozivajući se na Fig.5(a) i (b), redoks protočna baterija 10 (alternativno označena kao "punjiva gorivna ćelija") obuhvata dvofunkcionalnu elektrodu 14 za kiseonik kao pozitivnu elektrodu i može raditi bilo u kiseloj bilo u alkalnoj podlozi. Umesto ugljendioksid-mravlja kiselina (ili formatna so) redoks para koji je upotrebljen u prvom i drugom načinu izvođenja, četvrti način izvođenja redoks protočne baterije obuhvata negativnu elektrodu 12 koja je obezbeđena sa ugljendioksid-oksalna kiselina redoks parom ili sa ugljendioksid-
1
oksalatna so redoks parom zavisno od odabira materijala dvofunkcionalnog katalizatora. U kiseloj podlozi proizvodi se oksalna kiselina, dok se u alkalnoj podlozi proizvode oksalatne soli. Oksalatna so može biti bilo koja od sledećih litijum oksalat, natrijum oksalat, kalijum, oksalat, i cezijum oksalat. Anjon izmenjivačka membrana 16 može se upotrebiti da odvoji negativnu i pozitivnu elektrodu 12, 14 i da smanji prelazak formata iz negativne u pozitivnu elektrodu 12, 14. Fig.5(a), (b) pokazuje redoks protočnu bateriju 10 koja radi pod alkalnim uslovima sa dvofunkcionalnom elektrodom 14 za kiseonik, pri čemu se voda oksidizuje u kiseonik, i u modu skladištenje energije kako je prikazano na Fig.5(a), a kiseonik se (npr. u toku nekog vazduha) redukuje u hidroksid u modu proizvodnje energije kako je prikazano na Fig.5(b). Dvofunkcionalni katalizator sa elektrodom za kiseonik može biti odabran od velikog broja različitih materijala izloženih u literaturi i poznatih stručnjacima kao što je: platina, srebro, nikl, mangandioksid, perovskiti, iridijum oksid, rutenijum oksidi, organometalna jedinjenja, itd.
[0031] Kako je gore naznačeno, načini izvođenja redoks protočne baterije 10 mogu se primeniti da obezbede izjednačavanje opterećenja u električnim mrežama koje sadrže izvore generisanja naizmenične struje. Druge primene redoks protočnih baterija 10 takođe mogu biti dostupne. Na primer, redoks protočna baterija 10 može se upotrebiti za skladištenje i generisanje energije na svemirskoj misiji. Atmosfera Marsa sadrži oko 95vol.% ugljendioksida. Prema tome, redoks protočna baterija 10 može se upotrebiti za skladištenje i generisanje energije koristeći ugljendioksid sa Marsa i koristeći solarnu energiju za ciklus punjenja baterije.
Primeri
1. Priprema Pd-Sn dvofunkcionalnih katalizatorskih slojeva koji dejstvuju kao negativna elektrode za CO2redoks protočne baterije mehaničkim nanošenjem na supstrat
[0032] Boje prekursora sloja katalizatora sastavljene od ugljenikom-nošenih Pd nanočestica (tj., Pd/C), ugljenikom-nošenih Sn nanočestica (tj., Sn/C), jonomera (npr., Nafion<®>, DuPont Inc.), izopropanola, vode i politetrafluoroetilena (PTFE), pripremljene su mešanjem i ultrazvučnom obradom na sobnoj temperaturi. Nafion® i PTFE su obezbeđeni kao 5 mas.% rastvor u nižim alkoholima i 30 mas.% vodena suspenzija, respektivno. Uloga izopropanola u formulaciji boje je da obezbedi homogeno dispergovanje komponenata u suspenziji. Dodavanje PTFE daje delimično hidrofobno svojstvo katalizatorskom sloju koje je neophodno za efikasnu adsorpciju CO2gasa na površini katalizatora. Nafion<®>u katalizatorskom sloju dejstvuje i kao vezivo i kao čvrst polimerni elektrolit koji snabdeva jono provodnu mrežu potrebnu da omogući i reakciju CO2redukcije i reakciju oksidacije mravlje kiseline u slučajevima kada tečni elektrolit nije uposlen u negativnoj elektrodi baterije.
[0033] Zatim, suspenzija boje nanosi se na supstrat mehaničkim postupkom po izboru kao što je raspršivanje ili mazanje ili nanošenjem sa nalepnice. Odabir supstrata za nanošenje katalizatora je različit i može uključiti proton izmenjivačku polimernu membranu (kao što je Nafion<®>117 od DuPont-a), proton provodnu keramičku membranu, anjon izmenjivačku membranu, papire od ugljeničnih vlakana (teflonirani ili ne), grafitni filc, metalne mreže (npr., Ni, Ti, Cu itd.). Da bi se pojačala adhezija katalizatora, supstrat se može podvrgnuti fazi predtretmana pre raspršivanja boje. Taj predtretman može da uključuje faze hemijskog i/ili elektrohemijskog čišćenja koje je dobro poznato stručnjacima. Primer predtretmana uključuje pranje grafitnog filca u 1 M azotnoj kiselini tokom 1 sata na 90<0>C. Nakon nanošenja boje, supstrat sa katalizatorskom bojom nanetom na njega otvrdnjava se termičkom obradom da bi se pojačala adhezija katalizatora. U slučaju kada je supstrat membrana (ili polimerna ili keramička) dobijena konfiguracija katalizatorskog sloja odnosi se na katalizatorom obloženu membranu. Konačna kompozicija katalizatorskog sloja može da varira kao funkcija postupka pripreme. Tipična kompozicija za katalizatorom obloženu polimernu membranu može biti kako sledi: 15 mas.% jonomera (npr., Nafion), 15 mas.% PTFE, i 70 mas.% ukupnog od Pd/C i Sn/C. Podrazumeva se da kompozicija katalizatorskog sloja nije ograničena ni na koji način na prethodno navedene brojeve.
2. Sklapanje i rad CO2redoks protočne punjive baterije sa Pd-Sn katalizatorom obloženom polimernom membranom kao negativnom elektrodom i Br2/Br<->pozitivnom elektrodom
[0034] Kako bi se sklopila kompletno negativna gas difuziona elektroda baterije, proton izmenjivačka polimerna membrana (kao što je Nation<®>117 ili Gore Primea Series 5510) obložena sa jedne strane Pd-Sn katalizatorskim slojem (CL) nanetim kao što je opisano u Primeru 1, dovodi se u kontakt sa teflonisanim gas-difuzionim slojem od ugljeničnih vlakana (GDL). Mnoge vrste GDL su dostupne stručnjacima. U ovom primeru, opisana su Sigracet 25BC koje su obložene na jednoj strani mikroporoznim slojem (MPL) sačinjenim od ugljeničnih čestica kao što su Sigracet 25BC. Teflonacija GDL i prisustvo MPL potrebno je da se poboljša transfer mase CO2gasa do reakcionih mesta. MPL je smešten između Pd-Sn katalizatora i gas difuzionih slojeva, respektivno.
[0035] Za pozitivnu elektrodu, neobložena strana iste proton izmenjivačke membrane dovedena je u kontakt sa predtretiranim grafitnim filcom. Uloga faze predtretmana je da se dobiju grafitna vlakna koja su hidrofilna za bolje dovođenje u kontakt i interakciju sa bromidnim elektrolitom. Faza predtretmana koja se može naneti uključuje pokuvavanje grafitnog filca u 1 M NaOH tokom 1 h, praćeno ponovljenim pranjem dok pH rastvora pranja ne postane neutralna praćeno sušenjem. Kako bi se konstruisala jednoćelijska baterija, negativna i pozitivna elektroda koje usendvičuju proton izmenjivačku membranu sabijene su između dve zaptivne krajnje ploče strujnog kolektora. Tipični pritisci sabijanja ćelije su između 15 i 120 psi. Različiti dizajni krajnjih ploča strujnog kolektora poznati su stručnjacima i mogu se odabrati za ovu primenu. Tipičan materijal za konstrukciju krajnjih ploča je nerđajući čelik.
[0036] Kada se sastavi, jednoćelijska redoks baterija umeće se u i povezuje sa celim postrojenjem toka koje uključuje kontrolere pritiska i temperature, pumpe za snabdevanje elektrolitima, rezervoar i kompresor i ovlaživač za CO2gas, gas/tečni kondenzator i rezervoare za skladištenje mravlje kiseline (ili rastvora formatne soli) i skladištenje rastvora brom/bromid, respektivno. Za punjenje, baterija može biti spojena za izvor čiste energije kao što je solarni, na vetar, geotermalni, koristeći plimu i oseku, itd. Međutim, isključivo radi eksperimentalnog ispitivanja, baterija je povezana za kompjuterom kontrolisan potenciostat za programirane cikluse punjenja i pražnjenja. Za inicijalno punjenje baterije, 4 M NaBr rastvor koristi se da napoji pozitivnu elektrodu, dok se CO2tok snabdeva do negativne elektrode. Tokom punjenja, rastvor bromida neprekidno recirkuliše, a koncentracija Br2je u neprekidnom povećanju. Veći deo Br2rastvoren je u rastvoru bromida, obrazujući polibromid, čime se curenje Br2gasa virtuelno eliminiše. Na negativnu elektrodu, proizvedena mravlja kiselina neprekidno se akumulira u rezervoaru za skladištenje dok se nepotrošen CO2odvaja od toka mravlje kiseline i recirkuliše u bateriji spajanjem sa svežim CO2punjenjem.
[0037] Tokom pražnjenje baterije, reakcije su obrnute. Rastvor koji sadrži Br2upumpava se u pozitivnu elektrodu, dok se rastvor mravlje kiseline upumpava do negativne elektrode. Električna energija je generisana oksidacijom mravlje kiseline i redukcijom Br2. Ponovo se zatvoreni ciklus reciklovanja elektrolita izvodi na pozitivnoj elektrodi, dok se sada koncentracija bromida postepeno povećava na račun snižavanja koncentracije Br2. Na negativnoj elektrodi mravlja kiselina je potrošena generišući CO2koji se takođe može sakupiti, uskladištiti i reciklovati u bateriji.
3. Bezelektrodno nanošenje Pd-Sn dvofunkcionalnog katalizatora na grafitni filc i rad redoks protočne baterije sa dvo-faznim CO2gasovitim/tečnim tokom
[0038] Pd-Sn katalizator priprema se bezelektrodnim nanošenjem na razne supstrate kao što je membrana (polimerna ili keramička), papiri ugljeničnih vlakana, grafitni filc, metalne mreže. Uzet je na primer supstrat grafitnog filca. Prvo je grafitni filc predtretiran u 5 mas.% HNO3tokom 15 minuta na 60<0>C. Posle toga, grafitni filc je potopljen u 0.1 M PdCl2i 0.4 M SnCl2rastvor rastvoren u 4 M HCl na temperaturi od 70<0>C tokom 15 minuta. Sledeća faza je potapanje supstrata u redukcioni rastvor koji sadrži 2 M oksalnu kiselinu, 1 M HCl i 2×10<-3>M tioureu na 70<0>C tokom 30 minuta. Dve poslednje faze, određenije, potapanje u PdCl2-SnCl2rastvor praćeno potapanjem u redukcioni rastvor ponavljane su uzastopno veći broj puta tako da se dostignu poželjni nivoi Pd i Sn nanošenja na grafitni filc u opsegu između 0.5 do 20 mg cm<-2>svaki. Posle pranja i čišćenja nakon naošenja, Pd-Sn deponovani na grafitni filc proizvedeni bezelektrodnim nanošenjem, sastavljaju se u bateriju zajedno sa proton (ili katjon) izmenjivačkom membranom, a zaseban grafitni filc dejstvuje kao pozitivna elektroda za Br2/Br<->redoks par. Postavka za rad baterije slična je onoj opisanoj u Primeru 2, sa izuzetkom da se u ovom slučaju negativna elektroda napaja dvo-faznim tokom CO2gasa dispergovanog u vodenom kiselom ili alkalnom elektrolitu. Kako dvo-fazna gasovita/tečna disperzija teče kroz poroznu negativnu elektrodu od grafitnog filca, ona se naziva konfiguracija protočne elektrode. Primeri tečnog elektrolita uključuju, ali se ne
1

Claims (1)

  1. ograničavaju na: rastvor sumporne kiseline, rastvor metansumporne kiseline, jonske tečnosti, rastvor natrijuma ili kalijum hidroksida, rastvor natrijuma ili kalijum ugljenika.
    4. Elektrotaloženje Pd-Sn dvofunkcionalnog katalizatora za pripremu negativne elektrode baterije [0039] Pd-Sn katalizatorski sloj može biti elektroistaložen na različitim elektro provodnim supstratima. Ovde je dat primer za postupak koji koristi delimično teflonisan supstrat ugljeničnih vlakana sa mikroporoznim slojem deponovanim na jednoj strani, Sigracet GDL 25BC proizveden od strane SGL group. Prvo je GDL supstrat opran u 5 mas.% HNO3tokom 5 min na 60<0>C. Zatim je predtretiran u rastvoru tipa Shipley sastavljen od 6×10<-3>M PdCl2, 0.3 M SnCl2i 4 M HCl na 30<0>C tokom 48 sati. Uloga ovog predtretmana je da se obezbede mesta nukleacije za procese elektrotaloženja. Sledeća faza je elektrotaloženje na Sigracet GDL koje koristi rastvor sastavljen od 25 vol. % Triton X102 nejonskog surfaktanta i 75 vol. % vodene faze koja sadrži 0.01 M PdCl2i 0.01 M SnCl2. GDL se smešta u ćeliju za elektrotaloženje sa jednom stranom, onom koja je obložena sa MPL, okrenutom sa perforiranim platinizovanim titanijumom od elektrode. Tipična temperatura nanošenja je 60<0>C, pri gustini struje od 20 A m<-2>tokom 120 min. Ciljano nanošenje Pd i Sn na Sigracet GDL je negde između 0.5 do 20 mg cm<-2>. Prisustvo surfaktanta u podlozi za elektrotaloženje obezbeđuje vlaženje GDL i poboljšava dispergovanje Pd-Sn katalizatora. Sve to su pogodnosti za proizvodnju visoko aktivnog katalizatora baterije. Nakon završetka faze elektrotaloženja, GDL se detaljno pere i čisti radi uklanjanja tragova surfaktanta sa elektrode. Posle faza čišćenja, elektroistaložen GDL spreman je da se koristi u postavci baterije sličnoj uslovima opisanim u Primerima 2 i 3.
    [0040] Iako ovaj pronalazak prikazuje opis nekoliko načina izvođenja i iako su prikazani načini izvođenja detaljno opisano, ne postoji namera prijavioca da limitira ili na bilo koji način ograniči obim priloženih patentnih zahteva do te mere. Dodatne prednosti i modifikacije unutar obima priloženih patentnih zahteva očigledne su stručnjaku iz ove oblasti. Ovaj pronalazak prema tome nije ograničen na specifične detalje, prikazane uređaje i postupke, i ilustrativne primere koji su dati i opisani već je definisan patentnim zahtevima.
    Patentni zahtevi
    1. Redoks protočna baterija, koja obuhvata:
    (a) negativnu elektrodu koja obuhvata redoks par na bazi ugljendioksida i dvofunkcionalni katalizator odabran da redukuje ugljendioksid u ugljenični derivat u ciklusu skladištenja energije i da oksidiše ugljenični derivat u ugljendioksid u ciklusu proizvodnje energije, pri čemu se redukcija ugljendioksida i oksidacija ugljeničnog derivata odvijaju na istoj površini negativne elektrode;
    (b) pozitivnu elektrodu; i
    (c) separator provodljivosti jona postavljen da provodi jone između negativnih i pozitivnih elektroda i da odvoji reaktant negativne elektrode na negativnoj elektrodi od reaktanta pozitivne elektrode na pozitivnoj elektrodi.
    2. Redoks protočna baterija prema zahtevu 1 pri čemu je redoks par ugljendioksid-mravlja kiselina, a ugljenični derivat je mravlja kiselina.
    3. Redoks protočna baterija prema zahtevu 1 pri čemu je redoks par ugljendioksid-formatna so, a opciono pri čemu je ugljenični derivat natrijum format, ili kalijum format, ili cezijum format.
    4. Redoks protočna baterija prema zahtevu 1 pri čemu je redoks par ugljendioksid-oksalatna so, a opciono pri čemu je ugljenični derivat natrijum oksalat, ili kalijum oksalat, ili cezijum oksalat.
    5. Redoks protočna baterija prema bilo kom od zahteva 1 do 4 pri čemu pozitivna elektroda obuhvata brom-bromid redoks par i dvofunkcionalni katalizator odabran da redukuje brom i oksidizuje bromid; ili obuhvata hlor-hlorid redoks par i dvofunkcionalni katalizator odabran da redukuje hlor i oksidizuje hlorid; ili obuhvata jod-jodid (polijodid) redoks par i dvofunkcionalni katalizator odabran da redukuje jod i oksidizuje jodid (polijodid).
    6. Redoks protočna baterija prema bilo kom od zahteva 1 do 4 pri čemu pozitivna elektroda obuhvata vanadijum (IV)-vanadijum (V) redoks par i dvofunkcionalni katalizator odabran da redukuje vanadijum (V) i oksidizuje vanadijum (IV) redoks par, ili pri čemu pozitivna elektroda obuhvata hrom (III)-dihromat (VI) redoks par i dvofunkcionalni katalizator odabran da redukuje dihromat (VI) i oksidizuje hrom (III), ili pri čemu pozitivna elektroda obuhvata cerijum (III)-cerijum (IV) redoks par i dvofunkcionalni katalizator odabran da redukuje cerijum (IV) i oksidizuje cerijum (III), ili pri čemu dvofunkcionalni katalizator obuhvata mangandioksid.
    7. Redoks protočna baterija prema bilo kom od zahteva 1 do 6 pri čemu je dvofunkcionalni katalizator negativne elektrode paladijumski katalizator.
    8. Redoks protočna baterija prema bilo kom od zahteva 1 do 6 pri čemu je dvofunkcionalni katalizator negativne elektrode dvostruki paladijum-kalajni katalizator.
    1
    9. Redoks protočna baterija prema bilo kom od zahteva 1 do 6 pri čemu je dvofunkcionalni katalizator negativne elektrode trostruki paladijum-kalaj-indijumski katalizator.
    10. Redoks protočna baterija prema bilo kom od zahteva 1 do 6 pri čemu je dvofunkcionalni katalizator negativne elektrode trostruki paladijum-olovo-kalajni katalizator.
    11. Redoks protočna baterija prema bilo kom od zahteva 1 do 6 pri čemu je dvofunkcionalni katalizator negativne elektrode četvorostruki paladijum-olovo-kalaj-indijumski katalizator.
    12. Redoks protočna baterija prema bilo kom od zahteva 1 do 6 pri čemu je dvofunkcionalni katalizator negativne elektrode osmijumski katalizator.
    13. Redoks protočna baterija prema bilo kom od zahteva 1 do 6 pri čemu je dvofunkcionalni katalizator negativne elektrode katalizator legure osmijuma.
    14. Redoks protočna baterija prema bilo kom od zahteva 1 do 13 pri čemu je negativna elektroda tipa elektrode za difuzovanje gasova; ili je tipa elektrode metalnih organskih okvira; ili je protočna elektroda snabdevena sa dvo-faznom CO2 gasovitom/tečnom disperzijom, u kojoj tečnost sadrži rastvorene jone u sebi; ili je tipa elektrode sa membranom obloženom katalizatorom.
    15. Redoks protočna baterija prema bilo kom od zahteva 1 do 14 pri čemu je separator provodljivosti jona proton izmenjivačka polimerna membrana; ili je proton provodna keramička membrana; ili je katjon izmenjivačka membrana; ili je katjon provodna keramička membrana; ili anjon izmenjivačka membrana; ili porozni materijal koji sadrži u porama tečni alkalni elektrolit; ili je porozni materijal koji sadrži u porama tečni kiseli elektrolit.
    1
RS20220046A 2015-07-08 2016-06-30 Redoks protočna baterija sa redoks parom na bazi ugljendioksida RS62944B1 (sr)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201562190135P 2015-07-08 2015-07-08
PCT/CA2016/050770 WO2017004705A1 (en) 2015-07-08 2016-06-30 Redox flow battery with carbon dioxide based redox couple
EP16820596.1A EP3320576B1 (en) 2015-07-08 2016-06-30 Redox flow battery with carbon dioxide based redox couple

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RS62944B1 true RS62944B1 (sr) 2022-03-31

Family

ID=57684606

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RS20220046A RS62944B1 (sr) 2015-07-08 2016-06-30 Redoks protočna baterija sa redoks parom na bazi ugljendioksida

Country Status (19)

Country Link
US (1) US10854906B2 (sr)
EP (1) EP3320576B1 (sr)
JP (1) JP6869234B2 (sr)
KR (1) KR102408081B1 (sr)
CN (1) CN108140862B (sr)
AU (1) AU2016289094B2 (sr)
CA (1) CA2990483C (sr)
DK (1) DK3320576T3 (sr)
ES (1) ES2905553T3 (sr)
HU (1) HUE057678T2 (sr)
IL (1) IL256711B (sr)
LT (1) LT3320576T (sr)
PL (1) PL3320576T3 (sr)
PT (1) PT3320576T (sr)
RS (1) RS62944B1 (sr)
SA (1) SA518390701B1 (sr)
SI (1) SI3320576T1 (sr)
WO (1) WO2017004705A1 (sr)
ZA (1) ZA201800685B (sr)

Families Citing this family (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10273587B2 (en) * 2016-01-02 2019-04-30 Dnv Gl As Electrochemical electrode comprising tin-based catalyst, method of making, and method of use
US11207640B2 (en) * 2017-03-07 2021-12-28 Palo Alto Research Center Incorporated System and method for adjusting carbon dioxide concentration in indoor atmospheres
US20190118660A1 (en) * 2017-10-23 2019-04-25 Ben-Ami Lev Shafer-Sull Electric vehicle and system with carbon-capture system and replaceable anodes
EP3641041B1 (en) * 2018-10-16 2025-06-04 Brother Group (Hong Kong) Limited Carbon electrode for dichromate redox flow batteries
US11795554B2 (en) * 2019-02-12 2023-10-24 Research Triangle Institute Method of producing isopropanol from electrochemical reduction of carbon dioxide and related copper-based electrocatalysts
KR102249922B1 (ko) * 2019-08-27 2021-05-10 성균관대학교산학협력단 전기 화학 촉매 및 이의 제조 방법
US12567597B2 (en) 2019-11-27 2026-03-03 University Of Kansas Flow battery systems and methods of using the same
CN110994000B (zh) * 2019-12-18 2021-06-29 中盐金坛盐化有限责任公司 钙钛矿修饰的碳素电极的应用以及有机水相液流电池
US11990658B2 (en) * 2019-12-20 2024-05-21 The Regents Of The University Of California Carbon dioxide-formate redox flow battery system
CN111200154A (zh) * 2020-01-10 2020-05-26 西南交通大学 一种多卤化物-铬液流电池
WO2021162800A1 (en) * 2020-02-12 2021-08-19 Maceda Joseph Peter Novel electrochemical cells, stacks, modules and systems
CN111540914B (zh) * 2020-05-11 2022-06-14 辽宁大学 功能型多孔石墨烯一体化电极材料的制备方法及其在钒电池中的应用
US12087983B2 (en) * 2020-06-19 2024-09-10 Agora Energy Technologies Ltd. Carbon dioxide redox flow battery having a bi-functional negative electrode
CN112164805B (zh) * 2020-09-25 2024-07-16 西南交通大学 一种液流电池用催化剂原位制备装置及催化剂制备方法
CN113161630A (zh) * 2021-05-24 2021-07-23 中国科学技术大学 水系二次电池及水系电解液
CN113410478B (zh) * 2021-06-16 2022-09-06 中国科学技术大学 一种用于锌碘液流电池的石墨毡复合电极、其制备方法和应用
WO2023277067A1 (ja) * 2021-07-01 2023-01-05 日東電工株式会社 燃料電池、ギ酸塩の製造方法、及び発電方法
JP2023019952A (ja) * 2021-07-30 2023-02-09 国立研究開発法人産業技術総合研究所 Ｃｏ２のレドックス制御によるフロー電池システム
CN113903938A (zh) * 2021-09-10 2022-01-07 南京工业大学 一种用于全钒液流电池的金属有机骨架晶体膜
US12018392B2 (en) 2022-01-03 2024-06-25 Saudi Arabian Oil Company Methods for producing syngas from H2S and CO2 in an electrochemical cell
US11682785B1 (en) 2022-01-18 2023-06-20 Saudi Arabian Oil Company CO2 based and hydrogen based compounds for redox flow battery
WO2023170277A1 (de) * 2022-03-11 2023-09-14 Benkenstein Mariella Redox-flow-batterie
CN116914207B (zh) * 2023-08-10 2025-11-11 安徽海螺洁能科技有限公司 一种基于钒基储能介质-燃料电池耦合的方法
CN119650783B (zh) * 2024-12-12 2025-09-16 大连海事大学 一种溴铬液流电池电解液及液流电池

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4673473A (en) 1985-06-06 1987-06-16 Peter G. Pa Ang Means and method for reducing carbon dioxide to a product
US5599638A (en) * 1993-10-12 1997-02-04 California Institute Of Technology Aqueous liquid feed organic fuel cell using solid polymer electrolyte membrane
US5928806A (en) * 1997-05-07 1999-07-27 Olah; George A. Recycling of carbon dioxide into methyl alcohol and related oxygenates for hydrocarbons
KR100493171B1 (ko) * 2003-02-08 2005-06-02 삼성에스디아이 주식회사 복합전해질막 및 이를 채용한 연료전지
US7045238B2 (en) 2003-03-24 2006-05-16 Ion America Corporation SORFC power and oxygen generation method and system
US7364810B2 (en) * 2003-09-03 2008-04-29 Bloom Energy Corporation Combined energy storage and fuel generation with reversible fuel cells
WO2006118107A1 (ja) * 2005-04-27 2006-11-09 Kabushiki Kaisha Toshiba 燃料電池および燃料電池用触媒層電極
JP2009511740A (ja) * 2005-10-13 2009-03-19 マントラ エナジー オールターナティヴス リミテッド 二酸化炭素の連続並流電気化学還元
SE531126C2 (sv) 2005-10-14 2008-12-23 Morphic Technologies Ab Publ Metod och system för framställnng, omvandling och lagring av energi
AU2012261208A1 (en) 2011-04-11 2013-10-24 Antecy B.V. Self-contained solar-powered energy supply and storage system
US20130105304A1 (en) * 2012-07-26 2013-05-02 Liquid Light, Inc. System and High Surface Area Electrodes for the Electrochemical Reduction of Carbon Dioxide
US8692019B2 (en) * 2012-07-26 2014-04-08 Liquid Light, Inc. Electrochemical co-production of chemicals utilizing a halide salt
BR112015005640A2 (pt) * 2012-09-14 2017-08-08 Liquid Light Inc processo e eletrodos de elevada área de superfície para redução eletroquímica de dióxido de carbono
EP2876712A1 (en) * 2013-11-22 2015-05-27 DWI an der RWTH Aachen e.V. Oxygen-vanadium redox flow battery with vanadium electrolyte having carbon particles dispersed therein

Also Published As

Publication number Publication date
SA518390701B1 (ar) 2021-12-15
KR102408081B1 (ko) 2022-06-10
JP2018529208A (ja) 2018-10-04
HUE057678T2 (hu) 2022-06-28
US10854906B2 (en) 2020-12-01
CA2990483A1 (en) 2017-01-12
DK3320576T3 (da) 2022-01-31
ES2905553T3 (es) 2022-04-11
KR20180042836A (ko) 2018-04-26
AU2016289094B2 (en) 2021-02-18
CN108140862A (zh) 2018-06-08
EP3320576A1 (en) 2018-05-16
WO2017004705A1 (en) 2017-01-12
CA2990483C (en) 2023-03-21
CN108140862B (zh) 2021-07-20
JP6869234B2 (ja) 2021-05-12
AU2016289094A1 (en) 2018-02-22
EP3320576A4 (en) 2019-05-01
PT3320576T (pt) 2022-02-08
PL3320576T3 (pl) 2022-05-02
SI3320576T1 (sl) 2022-04-29
IL256711B (en) 2021-10-31
LT3320576T (lt) 2022-02-25
IL256711A (en) 2018-03-29
US20180219240A1 (en) 2018-08-02
ZA201800685B (en) 2018-12-19
EP3320576B1 (en) 2021-11-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RS62944B1 (sr) Redoks protočna baterija sa redoks parom na bazi ugljendioksida
Skyllas-Kazacos et al. Progress in flow battery research and development
JP5587797B2 (ja) 選択透過性膜のない直接燃料電池及びその構成要素
Guo et al. A novel design of an electrolyser using a trifunctional (HER/OER/ORR) electrocatalyst for decoupled H 2/O 2 generation and solar to hydrogen conversion
Zhang et al. Hydrogen production by traditional and novel alkaline water electrolysis on nickel or iron based electrocatalysts
WO2012162390A1 (en) Flow battery and mn/v electrolyte system
JP6189327B2 (ja) 再生燃料電池
EP3391450A1 (en) Regenerative fuel cells
Zhang et al. Metal-organic frameworks for electrochemical energy conversion: status and challenges
EP3641041A1 (en) Carbon electrode for dichromate redox flow batteries
Shao et al. Decoupled hydrogen and oxygen evolution for efficient water splitting by using nickel hydride batteries
Xie et al. Electrochemical systems for renewable energy conversion and storage: Focus on flow batteries and regenerative fuel cells
Nguyen et al. HER/HOR catalysts for the H2-Br2 fuel cell system
Li et al. Zinc-based flow batteries for medium-and large-scale energy storage
Chiu et al. Self-catalyzed NiFe foam anode fabricated via tape-casting for oxygen evolution reaction in anion exchange membrane water electrolysis
CN113871668A (zh) 一种基于过氧化氢电化学循环的可逆电池系统和方法
Noack et al. History of flow batteries
US20230268540A1 (en) All aqueous thermally-regenerative battery
Wu et al. The 2e-vs. 4e-Pathways for ORR in Rechargeable Zinc-Air Batteries
Huq et al. Development and Performance Analysis of a Low-Cost Redox Flow Batery. Processes 2024, 12, 1461. htps
Boshoman Density functional theory studies of transition metal oxide catalytic capabilities for fuel cell applications
Jahangir et al. ICRRD HIGH INDEX RESEARCH JOURNAL
KR20250037906A (ko) 수전해 촉매용 구리 매개 니켈-철 이중층수산화물 나노프리즘 및 이의 제조방법
CHANDA Investigation of Titanium Manganese Vanadium Electrolytes As Catholytes for Dual Circuit Redox Flow Batteries
Thimmappa et al. Hydrogen Exhaling Metal-H 2 O Battery