专利名称：基于二氧化碳的新型储能方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种基于二氧化碳的新型储能方法及装置。
背景技术：
当前能源危机的解决途径包括1)能源的节约；2)新能源的开发。前者涉及合理 的使用能源；后者则包括潮汐能、风能、太阳能等的利用。无论是合理的使用能源还是新能 源的开发，都涉及能量的暂时存储问题，这又涉及到新型储能体系的开发。目前，传统的储 能体系包含电化学电容器、各种二次电池，以及水电站利用多余的电重新将水抽到高水位， 等等。自然界中的天然储能方式是利用太阳能将二氧化碳生物固化过程，模仿这个生物储 能过程也是目前科学界的研究重点；此外，地球气候变暖的首要原因是地球上二氧化碳含 量的增加，因此，能够重新利用工业化过程产生的二氧化碳对于减缓地球的温室效应也就 有重要的意义。目前，虽然有关于工业化过程产生的二氧化碳的提纯，二氧化碳的固化与存储等 的研究，但是基于二氧化碳物质的储能方法/设备的报告或者专利还没有见到。
发明内容
本发明目的是提供一种基于二氧化碳的新型储能方法，该方法能够更为有效的 减少工业化过程中的CO2排放量，缓解地球温室效应。本发明同时提供一种用于实现所述 方法的装置，该装置集CO2的提纯回收、电化学固化、发电于一体，能够避免中间的长途运输 过程，具有简便实效的特点。本发明的技术方案是一种基于二氧化碳的新型储能方法，其特征在于包括下述 步骤1)从工业化过程中排放的废气中提纯CO2 ；2)将提纯的CO2通过电化学固化的方法还原成有机小分子；3)使上述还原而成的有机小分子参与燃料电池的放电反应，将化学能转换成电能直接利用。本发明方法的所述步骤1)中进一步采用氨水或者胺类物质的水溶液作为提纯介 质对废气中的0)2进行提纯，或者也可以采用对CO2有特效吸附的固体吸附剂作为提纯介质 对废气中的CO2进行提纯。本发明方法的所述步骤2)中具体采用电解CO2的方式将其还原成甲酸、甲醛、甲 醇等有机小分子，所述电解采用的阴极为Ni、Cu、Sn、Ag、Pt、&、Ti、Co、Pb这些金属中的两 种以上的合金，所述电解采用的阳极为金属Pt、Pd、Ag、Ni中的两种以上的合金，所述电解 采用的电解液为 Li2S04、Li2C03、LiN03、Na2SO4, Na2C03、NaNO3, K2SO4, K2CO3, KNO3 这些电解质 中的一种或两种以上的混合溶液，溶剂是水或者甲醇、乙醇、丙醇等醇类溶剂中的一种或数 种的混合溶剂，电解质浓度范围是0. OlM至饱和，电解电流为l-200mA/cm2，电解温度范围 为-40 80°C。
本发明方法中进一步采用太阳能电池或者太阳能电池和储能电池的联合体为所述电化学固化过程提供能量，所述储能电池为锂离子电池或者铅酸电池。本发明的所述步骤2)中进一步采用风力发电机或者风力发电机和储能电池的联合体为所述电化学固化过程提供能量，所述储能电池为锂离子电池或者铅酸电池。或者所述步骤2)中也可以采用风力发电机或者风力发电机和储能电池的联合体 为所述电化学固化过程提供能量，所述储能电池为锂离子电池或者铅酸电池。本发明同时提供一种实现如权利要求1所述方法的基于二氧化碳的新型储能装 置，它包括工业废气排放通道、CO2提纯吸收装置、CO2提纯释放装置、CO2电化学固化装置、 燃料电池及CO2电化学固化供能装置，所述CO2提纯吸收装置设置在工业废气排放通道内， 并与所述CO2提纯释放装置通过循环回路相连，所述CO2提纯释放装置、CO2电化学固化装置 和燃料电池通过气体传输管路顺序连接，而所述CO2电化学固化供能装置与CO2电化学固化 装置电连接。本发明所述装置还包括设置在工业废气排放通道内的抽风装置，并且所述抽风装 置与所述燃料电池电能输出端电连接。本发明所述装置还包括燃料电池CO2提纯装置，用于回收和提纯燃料电池放电反 应过程中所产生的CO2,并且所述燃料电池CO2提纯装置通过传输管路接CO2电化学固化装置。本发明所述装置中所述CO2提纯吸收装置和CO2提纯释放装置的循环回路中流通 的提纯介质为氨水或者胺类物质的水溶液或者对CO2有特效吸附的固体吸附剂；所述CO2 电化学固化装置采用的阴极为Ni、Cu、Sn、Ag、Pt、&、Ti、Co、Pb这些金属中的两种以上的 合金，所述电解采用的阳极为金属Pt、Pd、Ag、Ni中的两种以上的合金，所述电解采用的电 解液为 Li2S04、Li2C03、LiN03、Na2SO4, Na2C03、NaNO3, K2SO4, K2CO3, KNO3 这些电解质中的一种 或两种以上的混合溶液，溶剂是水或者是甲醇、乙醇、丙醇等醇类溶剂中的一种或数种混合 溶齐U，电解质浓度范围是0. OlM到饱和，电解电流为l-200mA/cm2，电解温度范围为-40 80°C ；所述CO2电化学固化供能装置为太阳能电池或太阳能电池和储能电池的联合体，也可 以是风力发电机或风力发电机和储能电池的联合体，所述储能电池为锂离子电池或者铅酸 电池。本发明的优点是本发明基于二氧化碳的新型储能方法，其优点如下1.能够更为有效的减少工业化过程中的CO2排放量，缓解地球温室效应。2.与现有的CO2固化技术相比(如深海埋藏方式)，本发明方法能够彻底将CO2转 换成有机小分子，不存在被固化的二氧化碳重新被释放到大气的可能性。本发明基于二氧化碳的新型储能装置，其集CO2的提纯回收、电化学固化、发电于 一体，避免了中间的长途运输过程，具有简便实效的特点；并且该装置产生的电能可以直接 应用于其自身，例如提供电化学固化过程能量，或者是作为CO2提纯的动力。
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述图1为本发明装置的结构示意图。
其中A、工业废气排放通道；B、CO2提纯吸收装置；C、CO2提纯释放装置；D、CO2电 化学固化装置；E、燃料电池；F、C02电化学固化供能装置；G、抽风装置；H、燃料电池CO2提纯装置
具体实施例方式实施例1 下面结合图1所示的装置对本发明进行详细的阐述和说明本实施例提供的这种基于二氧化碳的新型储能装置由工业废气排放通道々、0)2提 纯吸收装置B、C02提纯释放装置C、C02电化学固化装置D、燃料电池E、C02电化学固化供能 装置F、抽风装置G、燃料电池CO2提纯装置H和相应传输管路共同组成。所述CO2提纯吸收 装置B设置在工业废气排放通道A内，并与所述CO2提纯释放装置C通过循环回路相连；所 述CO2提纯释放装置C、C02电化学固化装置D和燃料电池E通过气体传输管路顺序连接，而 所述CO2电化学固化供能装置F与CO2电化学固化装置D电连接。所述抽风装置G设置在 工业废气排放通道A内，并与所述燃料电池E电能输出端电连接。所述燃料电池CO2提纯 装置H通过传输管路接入CO2电化学固化装置D。本实施例中所述CO2提纯吸收装置B和CO2提纯释放装置C之间的循环回路中选 用的提纯介质为氨水。所述CO2电化学固化装置D中电解采用的阴极为金属Ni、Cu的合金， 阳极采用金属Pt、Pd的合金，电解液是Na2SO4溶液，溶剂是水和乙醇的混合溶剂，电解质浓 度范围是0. 02M,电解电流为50mA/cm2，电解在常温25°C条件下进行。所述CO2电化学固化 供能装置F采用太阳能电池和锂离子电池的联合体，抽风装置G为风机。本实施例通过上述装置实现基于CO2的新型储能方法的具体过程如下在抽风装置G的抽吸作用下，含高浓度CO2工业废气从工业废气排放通道A的入口 进入，在CO2提纯吸收装置B内被氨水处理，其中的CO2被氨水吸收，其余的气体则被放出并 从工业废气排放通道A的出口出来(从出口处排出的气体中CO2含量已经很低)。含有高 浓度CO2的氨水通过循环回路的一支传输到CO2提纯释放装置C中，在CO2提纯释放装置C 中含有高浓度CO2的氨水释放其中的CO2,释放完CO2的低CO2含量氨水则通过循环回路的 另一支返回CO2提纯吸收装置B，并在那里继续吸收C02。通过氨水对CO2循环往复的吸收 和释放，达到提纯浓缩CO2的目的。在CO2提纯释放装置C中得到的高纯CO2被传到CO2电 化学固化装置D中，在那里CO2被电化学还原成有机小分子如甲醛，甲酸、甲醇等。这些有 机小分子通过传输管路运送到燃料电池E中参与燃料电池E的放电反应，产生的电能可以 直接用于照明，或者输送给抽风装置G驱动风机运转，或者部分用于照明，部分输送给抽风 装置G驱动风机运转。同时，在燃料电池E中产生的CO2通过燃料电池CO2提纯装置H提纯 后，经传输管路被重新输导到CO2电化学固化装置D中，并在那里参与CO2的电化学固化过 程。CO2电化学固化供能装置F是太阳能电池和锂离子电池集成的电能产生/储存系统，用 于为CO2电化学固化装置D提供能源动力。本实施例提供的这种基于二氧化碳的新型储能 装置不断的提纯回收CO2,燃料电池E消耗的有机小分子量少于CO2电化学固化装置D的产 出量的时候，可以将多余的产量从CO2电化学固化装置D中分离出来用于其它目的。本实 施例集CO2的提纯回收、电化学固化、发电于一体，避免了中间的长途运输过程，具有简便实 效的特点；并且该装置产生的电能可以直接应用于其自身，例如提供电化学固化过程能量， 或者是CO2提纯动力。
实施例2 参照图1所示，本实施例的结构同实施例1，其区别在于本实施例中所 述CO2提纯吸收装置B和CO2提纯释放装置C之间的循环回路中选用的提纯介质为对CO2 有特性吸收的固体吸附剂。所述CO2电化学固化装置D中电解采用的阴极是金属Cu、Sn、 Ag的合金，阳极采用金属Ag、Ni的合金，电解液是LiNO3和Na2SO4的混合溶液，溶剂是水和 甲醇的混合溶剂，电解质浓度范围是0. 05M,电解电流为20mA/cm2，电解温度为_20°C。所述 CO2电化学固化供能装置F采用风力发电机和铅酸电池的联合体。抽风装置G为风机。本 实施例的工作原理参见实施例1。
实施例3 参照图1所示，本实施例的结构同实施例1，其区别在于本实施例中所 述CO2提纯吸收装置B和CO2提纯释放装置C之间的循环回路中选用的提纯介质为氨水。 所述CO2电化学固化装置D中电解采用的阴极是金属Ag、Ti、Pb的合金，阳极采用金属Pt、 Ag的合金，电解液是K2S04、K2C03和KNO3的混合溶液，溶剂是水、甲醇和丙醇的混合溶剂，电 解质浓度范围是1M，电解电流为150mA/cm2，电解温度为60°C。所述CO2电化学固化供能装 置F采用风力发电机和铅酸电池的联合体。抽风装置G为风机。本实施例的工作原理参见 实施例1。当然以上仅是本发明装置的一种具体应用范例，对本发明装置的保护范围不构成 任何限制。除上述实施例外，本发明装置还可以有其它实施方式。凡采用等同替换或等效 变换形成的技术方案，均落在本发明装置所要求保护的范围之内。
权利要求
一种基于二氧化碳的新型储能方法，其特征在于包括下述步骤1)从工业化过程中排放的废气中提纯CO2；2)将提纯的CO2通过电化学固化的方法还原成有机小分子；3)使上述还原而成的有机小分子参与燃料电池的放电反应，将化学能转换成电能直接利用。
2.根据权利要求1所述的基于二氧化碳的新型储能方法，其特征在于所述步骤1)中以 氨水或者胺类物质的水溶液为提纯介质对废气中的CO2进行提纯，或者以对CO2有特效吸附 的固体吸附剂为提纯介质对废气中的CO2进行提纯。
3.根据权利要求1所述的基于二氧化碳的新型储能方法，其特征在于所述步骤2)中 具体采用电解CO2的方式将其还原成甲酸、甲醛、甲醇等有机小分子，所述电解采用的阴极 为Ni、Cu、Sn、Ag、Pt、&、Ti、Co、Pb这些金属中的两种以上的合金，所述电解采用的阳极为 金属Pt、Pd、Ag、Ni中的两种以上的合金，所述电解采用的电解液为Li2S04、Li2CO3^ LiN03、 Na2SO4,Na2CO3>NaNO3>K2SO4,K2CO3>KNO3这些电解质中的一种或两种以上的混合溶液，溶剂是 水或者甲醇、乙醇、丙醇等醇类溶剂中的一种或数种的混合溶剂，电解质浓度范围是0. OlM 至饱和，电解电流为l-200mA/cm2，电解温度范围为-40 80°C。
4.根据权利要求1或3所述的基于二氧化碳的新型储能方法，其特征在于所述步骤2) 中采用太阳能电池或者太阳能电池和储能电池的联合体为所述电化学固化过程提供能量， 所述储能电池为锂离子电池或者铅酸电池。
5.根据权利要求1或3所述的基于二氧化碳的新型储能方法，其特征在于所述步骤2) 中采用风力发电机或者风力发电机和储能电池的联合体为所述电化学固化过程提供能量， 所述储能电池为锂离子电池或者铅酸电池。
6.根据权利要求1所述的基于二氧化碳的新型储能方法，其特征在于所述步骤3)中进 一步从放电反应产生的气体中提纯CO2，再重复步骤2)对提纯获得的CO2进行处理。
7.一种实现如权利要求1所述方法的基于二氧化碳的新型储能装置，其特征在于它包 括工业废气排放通道㈧、CO2提纯吸收装置⑶、CO2提纯释放装置(C)、CO2电化学固化装 置(D)、燃料电池(E)及CO2电化学固化供能装置(F)，所述CO2提纯吸收装置(B)设置在工 业废气排放通道(A)内，并与所述CO2提纯释放装置(C)通过循环回路相连，所述CO2提纯 释放装置(C)、CO2电化学固化装置(D)和燃料电池(E)通过气体传输管路顺序连接，而所 述CO2电化学固化供能装置(F)与CO2电化学固化装置⑶电连接。
8.根据权利要求7所述的基于二氧化碳的新型储能装置，其特征在于还包括设置在工 业废气排放通道(A)内的抽风装置(G)，并且所述抽风装置(G)与所述燃料电池(E)电能输 出端电连接。
9.根据权利要求7所述的基于二氧化碳的新型储能装置，其特征在于还包括燃料电池 CO2提纯装置(H)，用于回收和提纯燃料电池(E)放电反应过程中所产生的CO2，并且所述燃 料电池CO2提纯装置(H)通过传输管路接入CO2电化学固化装置(D)。
10.根据权利要求7所述的基于二氧化碳的新型储能装置，其特征在于所述CO2提纯 吸收装置(B)和CO2提纯释放装置(C)的循环回路中流通的提纯介质为氨水或者胺类物质 的水溶液或者对CO2有特效吸附的固体吸附剂；所述CO2电化学固化装置(D)采用的阴极 为Ni、Cu、Sn、Ag、Pt、&、Ti、Co、Pb这些金属中的两种以上的合金，所述电解采用的阳极为金属Pt、Pd、Ag、Ni中的两种以上的合金，所述电解采用的电解液为Li2S04、Li2CO3^ LiN03、Na2SO4,Na2CO3>NaNO3>K2SO4,K2CO3>KNO3这些电解质中的一种或两种以上的混合溶液，溶剂是 水或者是甲醇、乙醇、丙醇等醇类溶剂中的一种或数种混合溶剂，电解质浓度范围是0. OlM 到饱和，电解电流为l-200mA/cm2，电解温度范围为-40 80°C所述CO2电化学固化供能装 置(F)为太阳能电池或太阳能电池和储能电池的联合体，也可以是风力发电机或风力发电 机和储能电池的联合体，所述储能电池为锂离子电池或者铅酸电池。
全文摘要
本发明公开了一种基于二氧化碳的新型储能方法，其包括下述步骤1)从工业化过程中排放的废气中提纯CO2；2)将提纯的CO2通过电化学固化的方法还原成有机小分子；3)使上述还原而成的有机小分子参与燃料电池的放电反应，将化学能转换成电能直接利用。本发明方法能够更为有效的减少工业化过程中的CO2排放量，缓解地球温室效应。与现有的CO2固化技术相比(如深海埋藏方式)，本发明方法能够彻底将CO2的转换成有机小分子，不存在被固化的二氧化碳重新被释放到大气的可能性。
文档编号H01M8/06GK101841051SQ201010134919
公开日2010年9月22日 申请日期2010年3月24日 优先权日2010年3月24日
发明者徐艳辉, 鞠华 申请人:苏州大学