СПОСОБ АККУМУЛИРОВАНИЯ ЭНЕРГИИ Российский патент 2008 года по МПК H01M10/42 H01M14/00 

Изобретение относится к области разработки вторичных химических источников постоянного тока, а точнее к области преобразования химической энергии в электрическую.

Изобретение наиболее эффективно может быть использовано в системах преобразования химической энергии в электрическую в аккумуляторах, в батареях топливных элементов, работающих на водороде и хлоре с кислым электролитом. Изобретение также может быть использовано в различных радиотехнических устройствах бытового и военного назначения.

Известен способ преобразования химической энергии в электрическую [Proceed, 19 th IECEC San-Francisco, 1984, с.1069-1074, 1051-1056] в хлорно-цинковом аккумуляторе, токообразующая реакция которого может быть представлена уравнением

Напряжение разомкнутой цепи -2,12 В, разрядное напряжение 1,95 В. КПД установки 55-65%.

Недостатками указанного способа является сложность конструкции из-за необходимости контура для циркуляции растворов Cl₂ и ZnCl₂, емкости для хранения Cl₂·6Н₂О. Кроме того, система работает в узких пределах температуры. При температуре выше 9°С хлоргидрат не образуется, а при температуре менее -10°С раствор замерзает.

Из известных способов наиболее близким по технической сущности является способ аккумулирования энергии, где в качестве восстановителя используется водород, окислителя - газообразный хлор [заявка 96117094/09. Россия МПК⁶ Н01М 14/50 Способ преобразования химической энергии в электрическую. / Коротов К.Л. / Заявл. 27.08.96. Опубл. 10.11.98. Бюл. 31].

Способ аккумулирования энергии заключается в том, что во время заряда аккумулятора на катоде выделяется водород, на аноде, любой окислитель, кроме оксидов металлов, например газообразный хлор. При разряде аккумулятора водород реагирует с окислителем с выделением электроэнергии.

Задача предлагаемого способа - расширение области аккумулирования и преобразования химической энергии.

Технический результат - доступность, простота, экономичность способа.

Сущность предлагаемого способа аккумулирования энергии состоит в том, что проводят зарядку аккумулятора с выделением водорода и газообразного хлора, при этом в качестве аккумулятора берут электролизер с электродами, выполненными из графита, двумя камерами, разделенными катионитовой мембраной МК-4СК, и 2М раствором соляной кислоты в качестве электролита, зарядку аккумулятора проводят до давления газов 0,56 МПа, а зарядку и разрядку аккумулятора регулируют по величине давления.

Аккумулирование электроэнергии производят в автоклаве-электролизе с образованием газообразных хлора и водорода под давлением до 0,56 МПа. Аккумулятор состоит из 2-х камер, разделенных катионитовой мембраной МК-4СК. Электроды графитовые, электролит - 1М раствор соляной кислоты.

При зарядке на катоде образуется водород, аноде - хлор по реакции

2H⁺+2е→Н₂

2Cl^--2е→Cl₂

Электролиз проводится до давления газов 0,5-0,6 МПа. При разряде в аккумуляторе протекают обратные реакции с образованием раствора соляной кислоты.

На чертеже представлена зависимость разрядки аккумулятора от времени. Как видно из чертежа до 20 минут происходит быстрое снижение напряжения на аккумуляторе и снижается давление. Далее в течение суток напряжение стабилизируется в пределах 1,45 В. Благодаря этому по изменению давления легко можно контролировать электрохимический процесс.

Проведенный заявителем анализ уровня и техники, включающий поиск по патентам и научно-техническим источникам информации, и выявления источников, содержащих об аналогах заявленного изобретения, позволили установить, что заявитель не обнаружил источник, характеризующийся признаками, тождественными существенным признакам заявленного изобретения.

Способ можно реализовать как в лабораторных, так и в промышленных масштабах. Сущность и преимущества данного изобретения подтверждаются следующими примерами.

Пример 1. В двухкамерный электролизер-автоклав с катионитовой мембраной заливается 0,5М раствор соляной кислоты и подается напряжение 3 В при силе тока 0,1 А. Время зарядки аккумулятора составляет 45 мин. Давление образующихся газообразных водорода и хлора составляет 0,12 МПа. Напряжение аккумулятора после прекращения подачи электрического тока составляет 1,2 В.

Пример 2. Электролиз проводится по примеру 1 с тем лишь отличием, что в качестве электролита берется 1М раствор соляной кислоты. Напряжение аккумулятора составляет 1,24 В, давление при этом составляет 0,19 МПа.

Пример 3. Электролиз проводится по примеру 1 с тем лишь отличием, что в качестве электролита берется 2М раствор соляной кислоты. Напряжение аккумулятора составляет 1,54 В, давление при этом составляет 0,56 МПа (таблица).

Зависимость давления водорода и ЭДС гальванического элемента от времениτ, мин051015202530, МПа0,560,550,540,530,520,500,47U, B1,541,521,511,501,501,451,45

Преимущества предлагаемого способа:

- образующиеся Н₂ и Cl₂ накапливаются в системе, растворимость их увеличивается;

- снижается газонаполнение электролита из-за уменьшения размеров газовых пузырьков под давлением, что приводит к повышению электропроводности системы и снижению перенапряжения при заряде аккумулятора;

- повышается напряжение разряда аккумулятора;

- по изменению давления легко осуществляется контроль электрохимиического процесса;

- возрастает количество аккумулированной энергии.

Изобретение относится к области разработки вторичных химических источников постоянного тока, а точнее к области преобразования химической энергии в электрическую. Техническим результатом изобретения является расширение области аккумулирования и преобразования химической энергии при обеспечении доступности и экономичности способа. Согласно изобретению способ аккумулирования энергии, в котором в качестве восстановителя используется водород, а в качестве окислителя хлор, включает электролиз, проводимый под давлением 0,56 МПа, и зарядку и разрядку аккумулятора, которые регулируют по величине давления. 1 ил., 1 табл.

Способ аккумулирования энергии путем зарядки аккумулятора с выделением водорода и газообразного хлора, отличающийся тем, что в качестве аккумулятора берут электролизер с электродами, выполненными из графита, двумя камерами, разделенными катионитовой мембраной МК-4СК, и 2М раствором соляной кислоты в качестве электролита, зарядку аккумулятора проводят до давления газов 0,56 МПа, а зарядку и разрядку аккумулятора регулируют по величине давления.