相连接，光阳极采用光强为lOOmW/cm 2 的全光谱进行光照，W 0. 8V (vs. SCE)的恒电势对电池充电，充电时间为比。在暗态下，将 正、负极反应腔中的氧化石墨稀对电极连通，W 0. 1mA对电池进行恒流放电，电池放电容量 为0. 15mAh，库伦效率为18〇/〇。
【主权项】
1. 一种以钒的化合物为电活性物质的光电化学储能电池，其特征在于： 所述光电化学储能电池充电时，利用光电化学反应（Photoelectrochemical Reaction)实现光能转化为化学能，并储存于电池的活性物质中；电池放电时，则发生电化 学反应，实现化学能转化为电能； 电池的活性物质存在于电池的电解液中，于电池的正、负极腔室内均填充有电解液，电 解液的填充包括下述四种情形任意之一： ⑴.正极腔室内填充有以V02+、VO2+中的一种或者两种为活性物质的电解液，且每次充 电的初始状态电解液中存在活性物质VO2+ ; 负极腔室内填充有以VO2+、V3+中的一种或者两种为活性物质的电解液，且每次充电的 初始状态电解液中存在活性物质VO2+ ;或者负极腔室内填充有以V3+、V2+中的一种或者两种 为活性物质的电解液，且充电的初始状态电解液中存在活性物质V3+ ; 或者（2).正极腔室内填充有以V02+、V3+中的一种或者两种为活性物质的电解液，且充 电的初始状态电解液中存在活性物质V3+ ;负极腔室内填充有以V3+、V2+中的一种或者两种 为活性物质的电解液，且充电的初始状态电解液中存在活性物质V3+ ; 或者（3).正极腔室内填充有以V02+、VO2+中的一种或者两种为活性物质的电解液，且 充电的初始状态电解液中存在活性物质VO2+ ; 负极腔室内填充有Fe3+、Fe2+中的一种或者两种为活性物质的电解液，且充电的初始状 态电解液中存在活性物质Fe3+ ;或者负极腔室内填充有I3'r中的一种或者两种为活性物 质的电解液，且充电的初始状态电解液中存在活性物质13、 或者（4).负极腔室内填充有以V02+、V3+中的一种或者两种为活性物质的电解液，且充 电的初始状态电解液中存在活性物质VO2+ ; 正极腔室内填充有以Br3' 中的一种或者两种为活性物质的电解液，且充电的初始 状态电解液中存在活性物质Bf;正极腔室内填充有以I3'r中的一种或者两种为活性物质 的电解液，且充电的初始状态电解液中存在活性物质r;或者正极腔室内填充有Fe3+、Fe2+ 中的一种或者两种为活性物质的电解液，且充电的初始状态电解液中存在活性物质Fe2+ ; 或者正极腔室内填充有Mn3+、Mn2+中的一种或者两种为活性物质的电解液，且充电的初始状 态电解液中存在活性物质Mn2+ ;或者正极腔室内填充有Ce4+、Ce3+中的一种或者两种为活性 物质的电解液，且充电的初始状态电解液中存在活性物质Ce3+。2. 根据权利要求1所述的光电化学储能电池，其特征在于： 所述的光电化学储能电池包括一池体，池体内部被隔膜分为左右两个腔室，其中一个 为正极腔室、另一个为负极腔室，构成静态的光电化学储能电池；或者光电化学储能电池 系统包括一池体和电解液储存输送系统，池体内部被隔膜分为左右两个腔室，其中一个为 正极腔室、另一个为负极腔室，分别将电池正、负极腔室通过管路与外部正、负极电解液储 罐连接，由机械泵驱动电解液在电池腔室和储罐之间循环流动，构成光电化学液流储能电 池； 于正、负极腔室内均设有电极，电极的设置包括下述二种情形任意之一： (1).于正极腔室内设有光阳极和对电极；于负极腔室内设有光阴极和对电极，或者于 负极腔室内仅设有对电极； 或者（2).于正极腔室内仅设有对电极，于负极腔室内设有光阴极和对电极。3. 根据权利要求1或2所述的光电化学储能电池，其特征在于： 所述的光电化学储能电池正、负极腔室内电极的设置和电解液的填充可为下述五种情 形任意之一： (1).于正极腔室内设有光阳极和对电极；于负极腔室内设有光阴极和对电极；正极腔 室内填充有以V〇2+、VO2+中的一种或者两种为活性物质的电解液，且充电的初始状态电解液 中存在活性物质VO2+ ;负极腔室内填充有以VO2+、V3+中的一种或者两种为活性物质的电解 液，且充电的初始状态电解液中存在活性物质VO2+ ;或者负极腔室内填充有以V3+、V2+中的 一种或者两种为活性物质的电解液，且充电的初始状态电解液中存在活性物质V3+ ; 或者（2).于正极腔室内设有光阳极和对电极，于负极腔室内仅设有对电极；正极腔室 内填充有以V02+、VO2+中的一种或者两种为活性物质的电解液，且充电的初始状态电解液中 存在活性物质VO2+ ;负极腔室内填充有以VO2+、V3+中的一种或者两种为活性物质的电解液， 且充电的初始状态电解液中存在活性物质VO2+ ;或者负极腔室内填充有以V3+、V2+中的一种 或者两种为活性物质的电解液，且充电的初始状态电解液中存在活性物质V3+ ; 或者（3).于正极腔室内仅设有对电极，于负极腔室内设有光阴极和对电极；正极腔室 内填充有以VO2+、V3+中的一种或者两种为活性物质的电解液，且充电的初始状态电解液中 存在活性物质V3+ ;负极腔室内填充有以V3+、V2+中的一种或者两种为活性物质的电解液，且 充电的初始状态电解液中存在活性物质V3+ ; 或者（4).于正极腔室内设有光阳极和对电极，于负极腔室内仅设有对电极；正极腔室 内填充有以V02+、VO2+中的一种或者两种为活性物质的电解液，且充电的初始状态电解液中 存在活性物质VO2+; 负极腔室内填充有Fe3+、Fe2+中的一种或者两种为活性物质的电解液，且充电的初始状 态电解液中存在活性物质Fe3+ ;或者负极腔室内填充有I3'r中的一种或者两种为活性物 质的电解液，且充电的初始状态电解液中存在活性物质13、 或者（5).于正极腔室内仅设有光阳极和对电极，于负极腔室内设有对电极；负极腔室 内填充有以VO2+、V3+中的一种或者两种为活性物质的电解液，且充电的初始状态电解液中 存在活性物质VO2+; 正极腔室内填充有以Br3' 中的一种或者两种为活性物质的电解液，且充电的初始 状态电解液中存在活性物质Bf;或者正极腔室内填充有以I3'r中的一种或者两种为活性 物质的电解液，且充电的初始状态电解液中存在活性物质r;或者正极腔室内填充有Fe3+、 Fe2 +中的一种或者两种为活性物质的电解液，且充电的初始状态电解液中存在活性物质 Fe2+;或者正极腔室内填充有Mn3+、Mn2+中的一种或者两种为活性物质的电解液，且充电的初 始状态电解液中存在活性物质Mn2+ ;或者正极腔室内填充有Ce4+、Ce3+中的一种或者两种为 活性物质的电解液，且充电的初始状态电解液中存在活性物质Ce3+。4. 根据权利要求1、2或3所述的光电化学储能电池，其特征在于： 所述的光电化学储能电池的内电路由支持电解质离子经过离子交换膜导通，电池的外 电路通过导线将正极腔室内电极与负极腔室内电极连通，构成闭合回路； 电池放电时，电池外电路的连接方式为：正极电解液腔室内的对电极与负极电解液腔 室内的对电极通过导线相连； 电池充电时，电池外电路的连接方式可为下述三种情形任意之一： (1).正极腔室内的光阳极与负极腔室内的光阴极通过导线相连； 或者（2).正极腔室内的光阳极与负极腔室内的对电极通过导线相连； 或者（3).正极腔室内的对电极与负极腔室内的光阴极通过导线相连。5. 根据权利要求2或3所述的光电化学储能电池，其特征在于： 所述的光阳极为n型半导体，其价带顶能级要比正极活性物质的氧化还原电势更正。6. 根据权利要求2或3所述的光电化学储能电池，其特征在于： 所述光阴极为P型半导体，其导带底能级要比负极活性物质的氧化还原电势更负。7. 根据权利要求2或3所述的光电化学储能电池，其特征在于： 所述的对电极为电化学惰性的导电材料，优选的导电材料为碳素类材料。8. 根据权利要求2、3、5、6或7所述的光电化学储能电池，其特征在于： 所述光阳极、光阴极和对电极表面修饰有电催化剂，优选的电催化剂例如为Mn、Te、In、Ir、Co、Ni或Bi等中的一种或二种以上。9. 根据权利要求1、2或3所述的光电化学储能电池，其特征在于： 所述电解液活性物质为vo2+、vo2+、v3+、V2+时，对应的阴离子为so，、cr中的一种或两 种；所述电解液活性物质Fe3+、Fe2+时，对应的阴离子为S042'N03'Cr中的一种或两种以上； 所述电解液活性物质时，对应的阳离子为Na+、K+中的一种或两种；所述电解液活性 物质I3'r时，对应的阳离子为Na+X中的一种或两种；所述电解液活性物质Mn3+、Mn2+时， 对应的阴离子为SO42^NO3'Cr中的一种或两种以上；所述电解液活性物质Ce4+、Ce3+时，对 应的阴离子为so/'No3'cr中的一种或两种以上。10. 根据权利要求1、2或3所述的光电化学储能电池，其特征在于： 所述正、负极电解液中活性物质的浓度范围为〇. 001m〇l/L-2. 5mol/L;电解液中 添加有支持电解质，优选的支持电解质为盐酸、硫酸中的一种或两种，优选的H+浓度为 0. 001mol/L-10. 0mol/L〇
【专利摘要】本发明提供一种以钒的化合物为电活性物质的光电化学储能电池，所述电池充电时，利用光电化学反应（Photoelectrochemical Reaction）实现光能转化为化学能，并储存于电池电解液的活性物质中；电池放电时，则发生电化学反应，实现化学能转化为电能。本发明将光电化学电池与液流电池进行耦合，克服了太阳能电池无法实现电能储存的不足，实现了太阳能的原位转化、储存及可控利用，系统结构简单，成本低廉，易于小型化；可以规模化放大，适用不同规模的太阳能-储能-发电过程。
【IPC分类】H01M14/00
【公开号】CN104916884
【申请号】CN201410090381
【发明人】李 灿, 陈剑, 廖世潮, 施晶莹
【申请人】中国科学院大连化学物理研究所
【公开日】2015年9月16日
【申请日】2014年3月12日