用于H2产生的电解池的制作方法

用于h2产生的电解池
技术领域
1.本发明涉及一种电解池(electrolytic cell，电解槽)，其用于h2和o2的时间上偏移的(temporally shifted，时移，时间上移位的，时间上变化的，时间上错开，暂时偏移)电解生产。本发明进一步涉及一种用于控制电解池的方法。本发明进一步涉及一种包括电解池的电解系统。本发明还涉及电解池的用途。


背景技术：

2.用于生产h2的电解器在本领域中是已知的。例如，us2016362799描述了一种由可再生能源以及一旦被淡化就与不同的化学组分混合的海水的混合物生产氢气、氧气和电能的系统。特别地，其涉及一种用于生产氢气、氧气和电能的系统，该系统基于收获可再生能源，该可再生能源被输送到脱盐装置和电解器，该电解器以如下方式产生氢气和氧气：将产品引导至压缩机，该压缩机又将产品引导至能够承受为分销而在其下存储所述产品的压力的容器。替代地，氢气被输送到燃料电池，转化为电能，并使用逆变器转化为交流电，然后输送到电网。以此方式，当由于任何原因而无法存储产生的氢气和氧气时，它们可以被引导至燃料电池，将来自氢气生产的多余部分转化为电能。
3.wo2015056641a1描述了一种水电解装置和使用了该水电解装置的能量存储和供应系统。用于电解水并产生氢气和氧气的水电解装置提供有：含有中间产物的电解质水溶液，该中间产物反复进行氧化
‑
还原反应；用于电解水的电解电极；中间电极，用于进行中间产物的氧化
‑
还原反应；和用于容纳电解质水溶液、电解电极和中间电极的电解槽；中间产物具有的氧化还原电位高于中间电极和中间产物的氢产生电位并且低于电解电极的氢产生电位。
4.wo2009127145a1描述了一种包含zn和h2o的电化学系统，用于产生和存储氢，其中通过在集电器(current collector，集流体)上电沉积zn获得的电极用作zn电极的集电器。zn电极的集电器和气体释放电极分别布置在含锌化合物的含水电解质(aqueous electrolyte，水性电解质)中，因此可以构建用于生产并存储氢的电化学系统的单元。可将用于生产并存储氢的电化学系统的单元设置在密封容器内，所述容器内可预留进液通道、出液通道和用于保持电极的通道。在该系统中，进液通道和出液通道与凸块(bump)和电解质容器相连，其中设有补水通道并且连接气
‑
液分离器。其中，所述zn电极的集电器与气体释放电极之间的距离范围为1mm
‑
30mm。
5.us2008190781a1描述了一种用于生产和存储氢的电化学方法，其是一种由气体发生电极、电解质和锌电极组成的封闭系统，气体发生电极和锌电极分别与外部电路相连；其中，接通气体发生电极和锌电极的外电路，将释放氢气，在气体发生电极上发生水的还原反应，产生氢气；锌在锌电极上被氧化，生成锌的氧化产物；当存储氢时，向封闭系统中供给补充水，电源负极连接至锌电极的外部电路，并且电源的正极连接至气体发生电极的外部电路，接通直流电，在锌电极上发生锌的还原反应，锌的氧化产物被还原成锌，再生(renew，更新)锌电极，在气体发生电极上发生水的氧化反应，产生并排出氧。


技术实现要素：

6.世界能源需求的大约1％可能与二氢(h2)生产有关，目前这可能主要基于化石燃料。由于在正在进行的能源转型中，放弃使用化石燃料可能是期望的，因此可能还期望改进不依赖于化石燃料的h2生产。
7.电解器可以通过能量驱动的水(h2o)分解为分子氧(o2)和h2来替代基于化石燃料的h2生产。特别地，电解器可以使用来自可再生电力来源(electricity source，电源)的能量来运行以提供h2。
8.因此，电解器可以以最小的碳足迹提供h2生产。然而，现有技术中描述的电解器可能仅在电解器被提供能量时提供h2。因此，这些电解器的h2生产可能取决于(可变)可再生能源的自然波动，例如由于风力和云覆盖的持续波动，以及由于昼夜和/或季节性波动。相比之下，h2依赖性工业过程的高效运行可能受益于或甚至需要连续的h2供应。
9.因此，在没有来自可再生电力来源的能量可用的时候，目前可能需要通过以下提供h2：(i)使用来自不可再生来源的能量(运行电解器)，(ii)使用来自存储的可再生能源(例如备用电池容量)的能量运行电解器，这可能会导致能源效率损失；或(iii)预先生成并存储的h2。在此，本发明提供的优势在于，采用可再生电力的给定存储容量，与根据(ii)的方法相比，可以产生约7倍多的h2。
10.此外，由于以下的一个或多个，本领域中描述的电解器可能昂贵：(i)昂贵的电极材料，(ii)(大)量电极，和/或(iii)在电极之间配置一个或多个膜以防止o2和h2混合，该混合物可能提供爆炸风险。此外，使用膜操作可能会导致(额外的)欧姆损耗，并可能降低系统(能量)效率。
11.此外，现有技术中描述的具有集成储氢的电解器或集成电池
‑
电解器(有时称为“电池电解器(battolyser)”)可能不容易扩展到更大的双极配置，因为阵列中的每个池可能需要额外的电子电路。双极操作可允许减少控制设备并因此降低成本。
12.因此，本发明的一个方面是提供一种替代的电解池，其优选地进一步至少部分地消除了上述缺点中的一个或多个。本发明的目的可以是克服或改善现有技术的至少一个缺点，或提供一种有用的替代方案。
13.因此，在第一方面，本发明提供了一种电解池，其用于h2和o2的(时间上偏移的)电解生产。电解池可以包括池隔室(cell compartment，槽隔室)。池隔室可以包含析气电极(gas evolution electrode，气体析出电极)和电子存储电极(electron storage electrode，电子储存电极)，尤其是在多个实施方式中，析气电极可以通过电解质与电子存储电极流体接触。在多个实施方式中，析气电极可以包含镍、铂、不锈钢和钛中的一种或多种，尤其是析气电极至少包含镍。尤其是，析气电极可以包含从由镍基电极(nickel
‑
based electrode，基于镍的电极)、不锈钢基电极(stainless steel
‑
based electrode，基于不锈钢的电极)、钛基电极和铂基电极组成的组中选择的电极。在进一步的实施方式中，电子存储电极可以包含铁、锌和镉中的一种或多种，尤其是电子存储电极至少包含铁。尤其是，电子存储电极可以包含从由铁基电极(iron
‑
based electrode，基于铁的电极)、锌基电极和镉基电极组成的组中选择的电极，尤其是从由铁基电极和锌基电极组成的组中选择的电极(考虑到环境因素，这些可能更优选)。在进一步的实施方式中，析气电极的电化学存储容量c
gee
(单位：安培小时；ah)可以≤电子存储电极的电化学存储容量c
ese
(单位：安培小时)的
5％，尤其是≤1％。
14.根据本发明的电解池可以被配置为分解h2o为o2和h2，同时o2和h2的生产可以是时间上偏移的。特别地，在多个实施方式中，电解池在充电操作期间可以在析气电极处提供基本上纯的o2，而电解池在放电操作期间可以在析气电极处提供基本上纯的h2。因此，电解池可以被配置为在无可再生能源可用时提供(可再生的)h2。
15.电解池可以特别地被配置为使用在操作条件下具有低溶解度的固体电极进行操作，例如在碱性电解质中的铁基电极。特别地，电子存储电极在充电和放电状态下都可以是固体。另外，电子存储电极的活性电极物质可以保留在电子存储电极的(多孔)体内(在电解池的运行期间)。
16.电解池尤其可以是碱性电解池，即电解池尤其可以被配置以在碱性条件下运行。
17.在本文中，术语“碱性”尤其可以是指ph>7，尤其是≥8，诸如选自8
‑
16范围内的ph，诸如≥9，尤其是≥10，诸如≥11，尤其是≥12，诸如≥13。因此，在多个实施方式中，碱性尤其可以是指ph≥12，诸如从12
‑
16范围内选择的ph。
18.在多个实施方式中，根据本发明的电解池可以不存在气体分离膜，即在多个实施方式中，池隔室可以是无膜的隔室。
19.在进一步的实施方式中，电解池可以包含(镍基)析气电极，其具有较低的电化学存储容量，尤其是在实际情况下几乎没有容量。根据本发明的电解池相对于现有技术系统可以提供更快(开始)的h2生产，因为不需要先耗尽电化学存储容量。
20.在多个实施方式中，电解池可以包含单个析气电极，促进析氧和析氢，这取决于电流(current flow，电流流动)的方向。析氧和析氢可以是时间偏移的(time shifted，时移的，时间变化的，时间移动的)，尤其是时间间隔的。因此，可以不需要通过膜来分离气体，但这可以(部分地)取决于所需的纯度需求。
21.在进一步的实施方式中，电解池包含两个电极，用于电子存储的单电极和用于析气的单电极。
22.根据本发明的电解池可以在没有可用的可再生电力时提供可再生的h2，尤其是向工业场所。当(可再生)电力充足时，产生h2所需的大部分能量可以存储在池内。与电解操作相比，稍后释放h2可能需要显著降低的电位，例如约0.25v(绝对值)，电解操作可能为约1.75v(绝对值)。因此，当(可再生)电力充足时，电子存储电极可以充电，并且当(可再生)电力稀缺时，可以释放h2。因此，根据本发明的电解池将电力输入与氢气输出分开(在时间上)。
23.术语“可再生h
2”在本文中可用于指由来自可再生能源的能量产生的h2。可再生能源是本领域技术人员已知的并且可以包括太阳能、风能、海洋、水力、生物质、地热资源和其它能源，诸如从上述可再生能源中获得的生物燃料。
24.在多个实施方式中，通过控制电子存储电极和析气电极之间的电位差可以控制h2生产速率。
25.电解池(也称为“池”)是一种电化学电池。特别地，电解池是一种电化学电池，能够通过应用电能(也称为“电源(electrical power，电力)”)来驱动(非自发的)氧化还原反应。通常，电解池可用于分解(也称为“电解”)化合物。
26.本文中如在“h2和o2的时间上偏移的电解生产”中的术语“时间上偏移的”可以是指
在不同的时间点，尤其是在时间上(基本上)不重叠的时间点发生的两个或更多个事件(主要)。例如，随着时间的推移，两个时间上偏移的事件的发生可能类似于双峰分布。例如，电解池可以促进时间上偏移向电解池供应电能和生产h2，即首先可以使用电能给电解池充电，和在稍后的时刻，电解池可以提供h2。类似地，在电解池充电期间，电解池可以提供(基本上纯的)o2，并且在电解池的放电期间，可以提供(基本上纯的)h2。因此，o2生产和h2生产可以基本上是时间上偏移的。然而，本领域技术人员将清楚，在电解池充电期间可以提供一些基础水平的h2，即h2和o2的产生可以在时间上部分重叠。然而，术语“时间上偏移的”可以特别意味着在一段时间内基本上只可以产生h2，而基本上不产生o2。
27.电解池可以包含池隔室。池隔室可以包含析气电极和电子存储电极。池隔室可以进一步包含池隔室开口，其配置用于向池隔室添加流体(诸如电解质)，和/或用于从池隔室除去流体(诸如电解质或产生的h2或o2)。因此，在多个实施方式中，池隔室可以被配置为容纳电解质，尤其是池隔室可以包含电解质(在运行期间)。
28.术语“池隔室开口”也可以指多个不同的池隔室开口。在多个实施方式中，多个池隔室开口可尤其被配置用于添加和/或除去不同的流体。在进一步的实施方式中，多个池隔室开口可以有利于吹扫电解池中的气体，尤其是通过使用惰性气体诸如n2清洁电解池。例如，如果需要在充电和放电之间快速转换以限制o2和h2的混合，则吹扫可以是有益的。
29.在(电解池)运行过程中，池隔室还可以包括(液体)电解质。(液体)电解质可以与析气电极和电子存储电极(液体)接触。
30.在多个实施方式中，电解池可以包含气密外壳(airtight housing，密封外壳)(也称为“不透气外壳”)，其包含池隔室。气密外壳可以基本封闭，但前述的池隔室开口除外。尤其是在电解池运行期间，外壳可以是气密的。这允许控制压力(另见下文)。
31.析气电极可以被配置为在电解池的充电和放电期间析出气体，尤其是在充电期间提供o2并且在放电期间提供h2。因此，在多个实施方式中，析气电极可以被配置用于电子转移而非电子存储，即析气电极可以具有较低的电化学存储容量c
gee
，诸如电化学存储容量c
gee
≤10ah/cm3(相对于总体积(bulk volume))，诸如≤1ah/cm3(总体积)，尤其是≤0.5ah/cm3(总体积)，尤其是≤0.1ah/cm3(总体积)，诸如≤10mah/cm3(总体积)，诸如≤1mah/cm3(总体积)，包括0mah/cm3(总体积)。较低的电化学存储容量c
gee
可以有助于使开始给电解池充电和提供h2的电解池之间延迟最小。在进一步的实施方式中，析气电极可以具有约0mah的电化学存储容量c
gee
。在进一步的实施方式中，析气电极可以具有电化学存储容量c
gee
≥0mah/cm3(总体积)，诸如≥1mah/cm3(总体积)。
32.在多个实施方式中，析气电极可以被配置为稳定的电极，即析气电极可以配置为在装置运行期间化学上稳定；电极材料不会直接反应。例如，在多个实施方式中，其中析气电极包含镍基电极，析气电极可以被配置为在其最外表面层在析氧期间基本上包含niooh而在析氢期间基本上包含ni。
33.在多个实施方式中，析气电极可以是多孔电极。多孔析气电极可以是有益的，因为多孔电极对于给定表面积可具有减小的体积，尤其是在进一步的实施方式中，对于给定的表面积具有更低的电化学存储容量。多孔电极的进一步益处可以在于可能需要更少的材料以获得所需的表面积，这可以减少材料成本。大表面积可有益于析o2和/或h2。
34.电子存储电极可以被配置为在电解池的充电期间存储电子并且在电解池的放电
期间提供电子。在多个实施方式中，电子存储电极可以具有电子存储容量c
ese
≥0.01ah/cm3(相对于总体积)，诸如≥0.1ah/cm3(总体积)，尤其是≥0.5ah/cm3(总体积)。
35.在进一步的实施方式中，电子存储电极可以具有电化学存储容量c
ese
≤1000ah/cm3(总体积)，诸如≤100ah/cm3(总体积)。
36.术语“电化学存储容量”是指以安培
‑
小时(ah)表示的电极的容量。可以通过首先充电，然后在低速率下给电子存储电极放电，以确定电极的电化学存储容量。放电容量是从充电电极以缓慢放电速率到截止电压回收的电荷量，并定义了存储容量。例如，放电容量可以是在特定的截止电压下以恒定电流放电至少10小时的放电时间时，从充电电极回收的电荷量。可根据电极材料(并取决于ph)选择截止电压，例如：(i)对于铁基电极：
‑
750mv(相对于汞/氧化汞(hg/hgo)参比电极(正电极)，铁基电子存储电极(负电极)的电位，(ii)对于镉基电极：
‑
600mv(相对于汞/氧化汞(hg/hgo)参比电极(正电极)，镉基电子存储电极(负电极)的电位)，(iii)对于锌基电极：
‑
1000mv(相对于汞/氧化汞(hg/hgo)参比电极(正电极)，锌基电子存储电极(负电极)的电位。本领域技术人员能够为(其它)电极材料和特定的ph值选择合适的截止电压。
37.在多个实施方式中，电子存储电极可以为固体电极。在进一步的实施方式中，析气电极可以是固体电极。关于电极的术语“固体”在本文中可以指的是在充电状态和在放电状态下处于固相的电极，尤其是在碱性溶液中。特别地，固体电极可以基本上不溶于电解质，尤其是基本上不溶于碱性电解质。
38.在进一步的实施方式中，电子存储电极(在室温下在电解质中)的溶解度可以≤100mm/l，诸如≤10mm/l，尤其是≤5mm/l，诸如≤1mm/l，尤其是≤100μm/l。铁基电极例如可以是固体电极，尤其是当在碱性条件下运行时。在进一步的实施方式中，电子存储电极的溶解度可以≥1pm/l，尤其是≥1nm/l诸如≥lμm/l。
39.在进一步的实施方式中，电子存储电极包含固体铁基电极，尤其是(在碱性条件下)不溶性铁基电极。
40.在电解池的运行期间，池隔室可以包含与析气电极和电子存储电极呈流体接触的电解质。电解质是一种导电介质，其中电流的流动与离子的运动有关。在多个实施方式中，电解质可以是液体电解质，尤其是包含koh、naoh、lioh和ba(oh)2中一种或多种的含水电解质。尤其是，氢氧根(oh
‑
)在水中浓度可以选自0.1
‑
8mol/l的范围，尤其是1.0
‑
7mol/l的范围，诸如4
‑
6.5mol/l的范围。
41.因此，在多个实施方式中，电解质可以为碱性电解质，尤其是电解质的ph可以选自12
‑
16的范围，尤其是13
‑
15的范围。在进一步的实施方式中，电解质包含的氢氧根(oh
‑
)的浓度可以选自0.1
‑
8mol/l的范围，尤其是1.0
‑
7mol/l的范围，诸如4
‑
6.5mol/l的范围。
42.在进一步的实施方式中，电解池可以配置为使用碱性电解质操作，尤其是使用具有选自12
‑
16范围内的(尤其是选自13
‑
15范围内的)ph的电解质。
43.术语“膜”在本文中是指选择性屏障。例如，膜可以允许h2o通过，同时阻止h2和/或o2通过。类似地，膜可以允许某些离子通过，同时阻止其它离子通过。
44.本文中的术语“总体积”是指固体的体积加上该固体中存在的任何密封和/或开放的孔的体积。因此，对于固体电极，总体积可以约等于电极的体积，而多孔电极的总体积可以(大幅)大于固体(多孔)电极的体积。
45.在多个实施方式中和在运行期间，电解池在充电时可提供充电气体，并且电解池在放电时可以提供放电气体。充电气体可以主要包括o2，诸如o2浓度≥80vol.％，尤其是≥90vol.％，诸如≥95vol.％，尤其是≥97vol.％，诸如≥99vol.％，包括100vol.％。放电气体可以主要包含h2，诸如h2浓度≥80vol.％，诸如≥90vol.％，尤其是≥95vol.％，诸如≥99vol.％，包括100vol.％。在进一步的实施方式中，并且在运行期间，充电气体可以包含(一些)h2和/或惰性气体，尤其是惰性气体，和/或放电气体可以包含(一些)o2和/或惰性气体，尤其是惰性气体。
46.在多个实施方式中，析气电极的电化学存储容量c
gee
可以≤电子存储电极的电化学存储容量c
ese
的5％，诸如≤3％，尤其是≤1％，诸如≤0.5％，尤其是≤0.1％，诸如≤0.01％。因此，在多个实施方式中，析气电极具有的电化学存储容量c
gee
取决于析气电极材料(尤其是镍)的(活性)质量，并且电子存储电极具有的电化学存储容量c
ese
取决于电子存储电极材料(尤其是铁)的(活性)质量，析气电极的电化学存储容量c
gee
可以≤电子存储电极的电化学存储容量c
ese
的5％。
47.在进一步的实施方式中，析气电极的电化学存储容量c
gee
可以≥电子存储电极的电化学存储容量c
ese
的0.0001％，诸如≥0.001％，尤其是≥0.01％，诸如≥0.1％。
48.然而，尽管相对于电子存储电极，析气电极的电化学存储容量大幅降低，但析气电极的(总)表面积可以类似于电子存储电极的(总)表面积。术语“表面积”在本文中尤其是指电极的几何表面积。特别是，电极面对另一电极的几何表面积。因此，措辞诸如“析气电极的表面积≥电子存储电极的表面积的10％”可以是指析气电极面对电子存储电极的一侧的表面积≥电子存储电极面对析气电极的一侧的表面积的10％。
49.本文中的术语“总表面积”是指电极的表面积，包括任何(开口)孔的表面积。
50.在多个实施方式中，析气电极的(总)表面积≥电子存储电极的(总)表面积的10％，尤其是≥20％，诸如≥35％，尤其是≥50％，诸如≥75％，尤其是≥90％，包括100％。在进一步的实施方式中，析气电极的(总)表面积可以≤电子存储电极的(总)表面积的500％，尤其是≤400％，诸如≤300％，尤其是≤200％，诸如≤150％，尤其是≤125％，诸如≤100％，尤其是≤90％，诸如≤80％。
51.在多个实施方式中，池隔室可以包含池隔室开口，其配置用于向池隔室中添加流体(诸如电解质)和/或用于从池隔室除去流体(诸如电解质或产生的h2或o2)。在进一步的实施方式中，该同一池隔室开口可以配置用于特别是从池隔室提供h2和o2(在不同的时刻)。
52.在进一步的实施方式中，池隔室开口可以包含配置用于控制池隔室开口中流体通过的阀门。因此，在运行期间，在多个实施方式中，阀门可以配置为在电解池充电时处于第一阀位，且在电解池放电时处于第二阀位，使得可以分开提供充电气体(尤其是o2)和放电气体(尤其是h2)。例如，使得可以将充电气体和放电气体提供至独立的存储系统中或提供至存储系统的独立单元。
53.在多个实施方式中，电解池可以包含含有池隔室的气密外壳。气密外壳可以是基本上封闭的，但前述池隔室开口除外，即气密外壳可以包含布置在池隔室开口处的气密外壳开口。
54.对于电气连接件(electrical connection，电气连接)，电极可以连接电气连接件，该电气连接件也可以从电解池外部接入，尤其是从气密外壳的外部接入。因此，电解池
可以进一步包含与析气电极电气连接的第一电气连接件和与电子存储电极电气连接的第二电气连接件。
55.在多个实施方式中，池隔室可以是无膜隔室。氢生产和氧生产可以是时间上偏移的，因此，在多个实施方式中，电解池可以在没有膜的情况下安全地运行。这可以允许池隔室的新几何构造，尤其是电极的几何构造，以最小化传输限制和优化电极之间的几何学(无膜限制)。
56.在进一步的实施方式中，析气电极和电子存储电极可以是相互交叉的。本领域技术人员将清楚的是，相互交叉的析气电极和电子存储电极将以一定的距离设置，即它们不会接触，以防止短路。
57.在此，为了说明目的，本发明可以主要是关于包含含有镍的析气电极和含有铁的电子存储电极的电解池的描述。然而，本发明并不限于此类实施方式，并且析气电极和电子存储电极可以包含不同的材料。本领域技术人员将清楚的是，所选择的电极材料可以影响电解池的运行参数，诸如不同的电位差范围和/或导致充电和/或放电的电流。本领域技术人员能够基于电极材料和如本文所述的发明选择适合的值，即本领域技术人员将选择适合的运行参数，以在充电操作期间在析气电极处提供o2析出和在放电操作期间在析气电极处提供h2析出。
58.在多个实施方式中，析气电极可以包含ni、fe、ru、ir、p、sn、w、mo、zn、co、pt、ti、sst(不锈钢；也称为“rvs”(“roestvrij staal”)和cr中的一种或多种，尤其是ni、pt、fe、ti、sst、sn和p中的一种或多种，更特别是ni、pt、ti和sst中的一种或多种。
59.在进一步的实施方式中，析气电极可以包含从由镍基电极、不锈钢基电极(即：基于不锈钢的电极，也称为：“基于sst的电极”)、钛基电极和铂基电极组成的组中选择的电极。
60.在进一步的实施方式中，析气电极可以包含镍基电极。在运行期间，(镍基)析气电极可以基本上经历ni(oh)2‑
>niooh
‑
>ni(oh)2‑
>ni
‑
>ni(oh)2循环，即(镍基)析气电极在产氧(电解池充电)期间可以基本上包含niooh，并且在产氢(电解池放电)期间可以基本上包含ni。在进一步的实施方式中，镍基析气电极可以进一步包含fe、ru、ir、p、sn、w、mo、zn、co、pt、ti、sst和/或cr中的一种或多种。
61.在进一步的实施方式中，析气电极可以包含铂基电极。在运行期间，(铂基)析气电极可以基本上经历pto2‑
>pt(oh)2‑
>pt
‑
>pt(oh)2‑
>pto2循环，即(铂基)析气电极在产氧(电解池充电)期间可以基本上包含pto2，并且在产氢(电解池放电)期间可以基本上包含pt。在进一步的实施方式中，铂基析气电极可以进一步包含ni、fe、ru、ir、p、sn、w、mo、zn、co、ti、sst和cr中的一种或多种。
62.在进一步的实施方式中，析气电极可以包含钛基电极。在进一步的实施方式中，钛基析气电极可以进一步包含ni、fe、ru、ir、p、sn、w、mo、zn、co、sst以及cr、ni、fe、sn和p中的一种或多种。
63.在进一步的实施方式中，析气电极可以包含不锈钢基电极。在进一步的实施方式中，不锈钢基析气电极可以进一步包含ni、fe、ru、ir、p、sn、w、mo、zn、co、ti和cr中的一种或多种。
64.在进一步的实施方式中，析气电极可以包含合金。尤其是，析气电极可以包含含有
镍和/或铁(诸如镍和铁)的合金，更特别是ni
‑
fe合金。
65.在多个实施方式中，电子存储电极可以包含fe、zn和cd中的一种或多种。
66.在进一步的实施方式中，电子存储电极可以包含从由铁基电极、锌基电极和镉基电极组成的组中选择的电极。
67.在多个实施方式中，电子存储电极可以包含铁基电极。在运行期间，(铁基)电子存储电极可以基本上经历fe
‑
>fe(oh)2‑
>fe循环，即(铁基)电子存储电极在充电状态下基本上可以包含fe(金属)并且在放电状态下可以基本上包含fe(oh)2。特别地，铁基电子存储电极可以经历fe
‑
>fe(oh)2
‑
>fe形式的铁还原和氧化循环。本领域技术人员清楚的是，铁基电子存储电极在充电状态下可以包含一些fe(oh)2，并且在放电状态下可以包含一些fe。然而，尤其是铁基电子存储电极在充电状态下可以比在放电状态下包含更多的fe，并且在放电状态下可以比充电状态下包含更多的fe(oh)2。在进一步的实施方式中，铁基电子存储电极可以进一步包含zn和cd中的一种或多种。
68.在进一步的实施方式中，电子存储电极可以包含锌基电极。在进一步的实施方式中，锌基电子存储电极可以进一步包含fe和cd中的一种或多种。
69.在进一步的实施方式中，电子存储电极可以包含镉基电极。在进一步的实施方式中，镉基电子存储电极可以进一步包含fe和zn中的一种或多种。
70.在进一步的实施方式中，电子存储电极可以包含合金。
71.如在本文中“铁基电极”中的术语
“‑
基电极”尤其是指在(电极的)充电状态下基本上包含上述元素(诸如铁)的电极，即铁基电极在充电状态下可以基本上包含fe，但在放电状态下可以包含fe(oh)2。因此，术语
“‑
基电极”可以是指上述元素构成至少50wt.％的电极，诸如至少60wt.％，尤其是至少70wt.％，诸如至少80wt.％，尤其是至少90wt.％，诸如至少95wt.％，尤其是至少99wt.％，包括100wt.％。
72.在特定的实施方式中，可以遵照yu et al,“high
‑
performance bifunctional porous non
‑
noble metal phosphide catalyst for overall water splitting”,nature communications,2018描述的用于生产双功能多孔电极的程序来生产析气电极，在此通过引用将其内容并入本文。
73.电子存储电极可以特别地生产为口袋、塑胶(plastic bound)或烧结电极。在特定的实施方式中，可以遵照如us4109060中描述的程序来生产电子存储电极，在此通过引用将其内容并入本文。
74.在多个实施方式中，电子存储电极可以包含从由硫化铋、氧化铋、c、粘合剂、ni、fe和ca(oh)2、sn、pb、cd组成的组中选择的一种或多种电子存储电极添加剂。
75.在多个实施方式中，电解质可以包含液体电解质，尤其是水基(water
‑
based，水类，基于水的)电解质，其包含koh、naoh、lioh和ba(oh)2中的一种或多种。
76.在多个实施方式中，析气电极的尺寸可以选自数mm3–
数m3的范围。在多个实施方式中，电子存储电极的尺寸可以选自数mm3‑
数m3的范围。
77.在多个实施方式中，析气电极可以包含选自由多孔电极、网状电极、线电极(wire electrode，配线电极，丝状电极)、(穿孔的)中空管电极和板状电极组成的组中的电极，尤其是选自由多孔电极、网状电极、线电极和板状电极组成的组中的电极。在其中析气电极包含从由网状电极、线电极和板状电极组成的组中选择的电极的实施方式中，析气电极与电
子存储电极相比可具有较低的表面积。
78.在进一步的实施方式中，析气电极可以包含多孔电极。
79.在进一步的实施方式中，析气电极可以包含网状电极，尤其是包含ni、sst或ti的网状电极，诸如sst网状电极。在进一步的实施方式中，析气电极可以包含板状电极。在进一步的实施方式中，析气电极可以包含线电极。在进一步的实施方式中，析气电极可以包含ti基载体。在进一步的实施方式中，析气电极可以包含(穿孔的)中空管电极。
80.在进一步的实施方式中，析气电极，尤其是网状电极、或尤其是线电极、或尤其是穿孔的中空管电极，可以包含从由fe、ru、ir、p、sn、w、mo、zn、co、pt、ti和/或cr组成的组中选择的一种或多种添加剂，尤其是ni、pt、fe、sn和p中的一种或多种。这些添加剂可有助于提高催化活性，从而降低生成o2和/或h2的能量需求。
81.在进一步的实施方式中，其中析气电极包含镍基电极，析气电极可以包含含有nip和/或nisn、尤其是nisn的涂层。(nip和/或nisn)涂层可以增加ni在碱性环境中的稳定性。
82.在多个实施方式中，电子存储电极可以是多孔电极，尤其具有选自40％
‑
90％范围内(诸如范围50％
‑
85％，尤其是范围60％
‑
80％)的孔隙率。孔隙率值可以是指充电状态，即孔隙率尤其可以在电极处于其充电状态时确定。
83.在多个实施方式中，析气电极和电子存储电极间隔的距离可以为至少0.1mm，诸如至少0.5mm。
84.在多个实施方式中，电解池可以包含热绝缘。例如，在多个实施方式中，电解池可配置为外部运行，在特定的实施方式中，包括在零下天气条件下的外部运行，和/或在高温条件(诸如≥30℃)下的外部运行。
85.在运行期间，也可以在电子存储电极处析出一些h2，尤其是在充电期间。例如，在其中电子存储电极包含铁基电极的多个实施方式中，当存在还原的fe时，可经由自放电、腐蚀和电解中的一种或多种发生h2析出。因此，在充电过程中可能会产生一些h2，并可能与所产生的o2混合，如果h2浓度达到约4％，可能会带来安全隐患。因此，在多个实施方式中，可针对电解池的特点和/或控制电解池的方法采取一种或多种安全措施(见下文)。
86.在多个实施方式中，池隔室可以进一步包含分隔器(separator，分隔件，隔板)，尤其是膜，其布置在析气电极和电子存储电极之间。在多个实施方式中，分隔器，尤其是膜，可以是非导电的。在进一步的实施方式中，分隔器可以经配置以防止系统短路。在进一步的实施方式中，分隔器，尤其是膜，可以经配置以阻断o2和h2中一种或多种在析气电极和电子存储电极之间的传输(transport，输送)，尤其是阻断h2的传输。
87.在进一步的实施方式中，分隔器，尤其是膜，可以经布置以限定析气子隔室(包含析气电极)和电子存储子隔室(包含电子存储电极)(在池隔室中)。在进一步的实施方式中，分隔器，尤其是膜，可以被配置以阻断o2和h2中的一种或多种在析气子隔室和电子存储子隔室之间的传输。因此，析气子隔室和电子存储子隔室可以被膜分隔开。在多个实施方式中，两个子隔室均包含(液体)电解质，尤其是相同类型的(液体)电解质。
88.因此，在多个实施方式中，析气子隔室包含电解质，和/或在多个实施方式中，电子存储子隔室包含电解质(尤其是相同类型的电解质)。
89.在进一步的实施方式中，其中电解池，尤其是池隔室，包含膜，膜可以经布置以限定析气子隔室(包含析气电极)和电子存储子隔室(包含电子存储电极)(在池隔室中)。在进
一步的实施方式中，膜可以被配置以阻断o2和h2中的一种或多种在析气子隔室和电子存储子隔室之间的传输。
90.在进一步的实施方式中，分隔器，尤其是非膜分隔器可以(主要)布置在电解质之上，即可以将分隔器的下表面布置在电解质表面，诸如高于或低于电解质表面，尤其是刚好在电解质表面的下方，诸如≤在电解质表面下方10mm，尤其是≤1mm。在此实施方式中，池隔室可以不通过分隔器完全分隔成子隔室，然而例如，分隔器可以在池隔室中限定出两个(或更多个)独立的气体区域。
91.在进一步的实施方式中，膜可以被布置以在析气电极和电子存储电极之间提供流体分离。
92.在进一步的实施方式中，膜可渗透oh
‑
、h2o。在多个实施方式中，膜可以渗透电解质阳离子，诸如na

、k

、li

和ba
2
中的一种或多种，诸如na

和k

中的至少一种或多种。在多个实施方式中，膜对于o2和h2，可以是不可渗透的。
93.在进一步的实施方式中，池隔室，尤其是池隔室开口，可以包含布置在析气子隔室中的第一池隔室开口和布置在电子存储子隔室的第二池隔室开口。第一池隔室开口可以被配置用于向析气子隔室添加流体(诸如电解质)和/或用于从析气子隔室去除流体诸如电解质或产生的h2或o2。类似地，第二池隔室开口可以被配置用于向电子存储子隔室添加流体(诸如电解质)和/或用于从电子存储子隔室去除流体诸如电解质或产生的h2。术语“第一池隔室开口”和“第二池隔室开口”也可以指多个此类开口，诸如多个第一池隔室开口。
94.在多个实施方式中，电解池可以包含再化合催化剂(recombination catalyst，重组催化剂，再结合催化剂)，配置为催化h2和o2化合为h2o。因此，再化合催化剂可以催化在充电过程中在电子存储电极处不经意析出的h2与在析气电极析出的o2再化合，以减少h2浓度，以及在充电和放电之间的切换期间(即在产生的气体类型之间的切换期间)的h2浓度。在进一步的实施方式中，再化合催化剂可以选自包括lani5和pt的组。在进一步的实施方式中，再化合催化剂可以被布置在池隔室中，尤其是在池隔室的顶部空间中，诸如在电解质水平上。
95.在其中电子存储电极包含铁基电极的实施方式中，电子存储电极可以包含从包含硫化铋、氧化铋、c和粘合剂的组中选择的添加剂。硫化铋和氧化铋可以有助于抑制h2形成。因此，在多个实施方式中，电子存储电极可以包含从包含硫化铋和氧化铋的组选择的添加剂。c可以改善电子存储电极的导电性。粘合剂(例如ptfe)可以有利于塑胶电极。
96.在其中电子存储电极包含镉基电极的实施方式中，电子存储电极可以包含从包含ni、fe、c和粘合剂的组中选择的添加剂。电子存储电极可以包含镀ni的铁作为口袋和/或集电器。ptfe可以是塑胶电极的适合粘合剂。
97.在其中电子存储电极包含锌基电极的实施方式中，电子存储电极可以包含ca(oh)2作为添加剂。ca(oh)2可以增强zn基电极在碱性溶液中的稳定性。
98.在进一步的实施方式中，电解质可以被配置为抑制在电子存储电极处的h2形成。因此，在多个实施方式中，电解质可以包含从包含na2s和k2s和疏水性分子的组中选择的电解质添加剂，尤其是从包含疏水性分子的组中选择的电解质添加剂。
99.在特定的实施方式中，电解池可以包含水平双极布置(的电极)或垂直双极布置(的电极)。在进一步的实施方式中，电解池可以包含水平双极布置(的电极)。在进一步的实
施方式中，电解池可以包含垂直双极布置(的电极)。
100.在第二方面，本发明进一步提供了一种电解系统，包含根据本发明的电解池。电解系统，尤其是电解池，可以包含或在功能上耦接(couple，耦合)到流体控制系统、气体存储系统、压力控制系统、充电控制单元、热管理系统(也称为：“温度控制元件”)、氢气连接器和控制系统中的一个或多个。
101.在多个实施方式中，电解系统可以包含多个电解池。尤其是，电解系统可以包含并联布置和/或串联布置的多个电解池，尤其是并联布置或尤其是串联布置。电解系统可以同时对多个电解池中的一个或多个进行充电，和对多个电解池中的一个或多个进行放电。因此，当(可再生)能源可用时和当(可再生)能源不可用时，电解系统可以持续提供(可再生)h2。
102.在多个实施方式中，电解系统，尤其是电解池，可以包含或在功能上耦接到流体控制系统，该流体控制系统被配置为控制流体向池隔室的添加和/或去除，尤其是电解质的添加/去除和/或充电气体的去除和/或放电气体的去除。
103.在多个实施方式中，电解系统，尤其是电解池，可以包含或在功能上耦接至气体存储系统，气体存储系统被配置为存储来自电解池外部的充电气体和放电气体中的一种或多种。气体存储系统可以包含配置用于存储h2的存储单元。气体存储单元可以被配置为在压力下存储h2和/或o2。
104.在多个实施方式中，电解系统，尤其是电解池，可以包含或在功能上耦接至压力控制系统，压力控制系统被配置为控制电解池中的(气体)压力，且尤其还控制气体存储系统中的(气体)压力。在进一步的实施方式中，压力控制系统可以包含压力室，该压力室被配置为控制压力室中的(气体)压力，并且电解系统，尤其是电解池，可以布置在压力室中。在进一步的实施方式中，压力控制系统可以包含真空泵。真空泵可配置为提供负压(underpressure，真空，低压)以去除池隔室中的气体，例如在充电操作和放电操作之间切换时。真空泵可以进一步被配置为降低池隔室中的气体压力，以控制(尤其是减少)电解质中溶解气体的量。
105.在多个实施方式中，电解系统，尤其是电解池，可以包含或在功能上耦接至充电控制单元。充电控制单元可以被配置以从外部电能源接收电能，并且被配置为在以下电流(也称为：“电流强度”)下在充电时间的至少一部分期间向电解池提供电能，该电流导致在析气电极和电子存储电极之间的电位差超过1.2v，尤其是电位差≥1.37v。因此，在充电操作期间，充电控制单元可以被配置为在析气电极(然后是正极或阳极)和电子存储电极(然后是负极或阴极)之间施加超过1.2v的电位差，尤其是电位差≥1.37v。在进一步的实施方式中，在充电操作期间，充电控制单元可以被配置为在析气电极(然后是正极或阳极)和电子存储电极(然后是负极或阴极)之间施加小于1.7v的电位差，尤其是≤1.5v，诸如≤1.45，尤其是在充电操作的至少一部分期间。
106.对于电解池的放电，当在选自范围0
‑
1.0v(诸如范围0.01
‑
0.3v)的电子存储电极(然后是正极或阳极)与析气电极(然后是负极或阴极)之间的电位差下进行放电时，可以获得最佳结果。在多个实施方式中，充电控制单元(也)可以被配置为控制电解池的放电。因此，在放电操作期间，充电控制单元可以被配置为在电子存储电极和析气电极之间施加选自范围0
‑
1.0v(诸如范围0.01
‑
0.3v)的电位差。
107.本领域技术人员将理解，措辞诸如“在第一电极和第二电极之间施加超过x v的电位差”也是指“在第二电极和第一电极之间施加小于
‑
x v的电位差”。例如，在第一电极和第二电极之间施加超过1.2v(诸如超过1.37v)的电位差，也可是指在第二电极和第一电极之间施加小于
‑
1.2v(诸如小于
‑
1.37v)的电位差。
108.在多个实施方式中，电解系统，尤其是电解池，可以包含或在功能上耦接至热管理系统，热管理系统被配置为控制电解池的温度等于或低于预定的最高温度，例如≤95℃，尤其是≤70℃，诸如≤40℃。在进一步的实施方式中，电解系统，尤其是电解池，可以包含或在功能上耦接至热管理系统，热管理系统被配置为控制电解池的温度等于或高于预定的最低温度，例如≥0℃，尤其是≥10℃，诸如≥25℃。因此，热管理系统可以被配置为监测电解池的温度，并且可以进一步被配置为加热和/或冷却电解池，尤其是根据与目标温度(范围)相关的电解池的温度。在进一步的实施方式中，热管理系统可以被配置为通过调整施加在电极之间的电位差来控制由电解池运行引起的加热，即如果电解池变得太热，则热管理系统可以减慢(尤其是停止)电解池的(放)充电。
109.在特定的实施方式中，热管理系统可以被配置为增加电解池的温度以促进电子存储电极的自放电。因此，在多个实施方式中，电解系统，尤其是电解池，可以被配置通过增加温度来对电子存储电极进行自放电。以这种方式使用自放电允许在没有放电电流的情况下自放电和相应的h2产生。
110.在多个实施方式中，电解系统，尤其是电解池，可以包含或在功能上耦接至氢气连接器，该氢气连接器被配置为在功能上连接待提供有充电气体(尤其是h2)的装置。氢气连接器可以包含或在功能上耦接至池隔室开口。
111.在进一步的实施方式中，电解系统，尤其是电解池，可以包含控制系统，该控制系统被配置为控制流体控制系统(如果可用)、气体存储系统(如果可用)、压力控制系统(如果可用)、充电控制单元(如果可用)、热管理系统(如果可用)和氢气连接器(如果可用)中的一个或多个。控制系统尤其可以被配置为控制电解系统，尤其是电解池，包括各个元件。以这种方式，例如根据(可再生)电能的可用性和h2需求，可以优化充电和电解过程等。因此，控制系统可以被配置为控制温度、流体流量和(施加的)电位差中的一个或多个。
112.在多个实施方式中，电解系统可以包含多个电解池。在进一步的实施方式中，电解系统，尤其是控制系统，可以被配置为独立地控制多个电解池。例如，压力控制系统可以在不同电解池上施加不同的压力，并且热管理系统可以在不同的电解池上施加不同的温度。
113.在进一步方面，本发明进一步提供了一种用于控制根据本发明的电解系统(尤其是电解池)的方法，所述方法包括控制析气电极和电子存储电极之间的电位差和/或电流(current flow，电流流动)。特别地，所述方法可以包括控制电位差或电流为恒定值。
114.因此，在多个实施方式中，所述方法可以包括在析气电极和电子存储电极之间施加电位差以对电解池充电(和提供o2)。在其中电子存储电极包含铁基电极或镉基电极的实施方式中，所述方法可以特别地包括施加电位差≥1.2v，尤其是≥1.37v，诸如≥1.4v。在其中电子存储电极包含锌基电极的实施方式中，所述方法可以特别地包括施加电位差≥1.5v，诸如≥1.7v。
115.因此，在多个实施方式中，所述方法可以包括在析气电极和电子存储电极之间施加电流以对电解池充电(和提供o2)或对电解池放电以提供h2。在进一步的实施方式中，所述
方法可以包括中断，尤其是停止，析气电极和电子存储电极之间的电流。
116.在进一步的实施方式中，所述方法可以包括在电子存储电极和析气电极之间施加电位差以对电解池放电(和提供h2)。在其中电子存储电极包含铁基电极或镉基电极的实施方式中，所述方法可以特别地包括施加电位差≥0v，尤其是≥0.01v。在其中电子存储电极包含锌基电极的实施方式中，所述方法可以特别地包括施加特别地电位差≥
‑
0.5v，尤其是≥
‑
0.3v。锌基电极的负号表示包含锌基存储电极的电解池可以根据放电速率同时提供电力和h2(如果需要更快地产生h2，则可以提供更少的电力)。
117.在特定的实施方式中，所述方法可以包括施加从10
‑
100℃范围内选择的升高的温度，诸如从范围25
‑
100℃，尤其是选自范围40
‑
80℃，更尤其是约60℃，尤其是使得电子存储电极自放电并且提供h2。在进一步的特定实施方式中，所述方法可以包括施加从10
‑
100℃范围内选择的升高的温度，诸如范围10
‑
95℃，尤其是选自20
‑
45℃的范围，尤其是使得电子存储电极自放电并提供h2。
118.根据本发明的方法提供时间偏移的具有能量输入的电子存储电极的充电和以氢形式的电子存储电极的放电。因此，在多个实施方式中，在产生h2时，系统中几乎不存在o2。因此，该方法可以在h2生产过程中提供安全操作和高气体品质。在充电期间，需要产生氧以对电子存储电极进行充电/再生。在充电期间，可以将电解系统的充电速率保持较低以限制在电子存储电极处的h2产生。尤其是，在多个实施方式中，较低的充电速率可以提供不同比率的析h2/析o2，尤其是更高比率的析h2/析o2。例如时间，尤其是充电时间，可以是季节性存储的次要约束，因此，在多个实施方式中，较慢的电子存储电极的充电(诸如在恒电位和恒流下充电，由此(满)充需要≥4小时，诸如≥10小时)可以是有益的。低充电速率还可以减少与充电相关的损耗，诸如系统中的欧姆损耗和气体生产的过电位降低。
119.在多个实施方式中，所述方法可以包括监测充电期间的气体品质。在进一步的实施方式中，如果气体品质不足，例如如果h2浓度≥1％，诸如≥3％，所述方法可以包括使用惰性气体、尤其是n2吹扫电解池。
120.在进一步的实施方式中，所述方法可以进一步包括根据电解池的h2需求和充电水平中的一个或多个来控制电位差和/或电流(current flow，电流流动)。因此，可以在无(或低)h2需求期间对电解池充电并且在(高)h2需求期间放电。类似地，如果充电水平≤100％，诸如≤95％，尤其是≤90％，诸如≤80％，可以对电解池充电，即如果充电水平≥80％，尤其是≥90％，诸如≥95％，尤其是≥99％，包括100％，可以停止充电。在多个实施方式中，在电解池处于高充电水平下持续对电解池充电可能导致在电子存储电极处不期望的h2析出。
121.在多个实施方式中，所述方法可以进一步包括控制池隔室中的电解质的体积。特别地，所述方法可以包括在充电后减小电解质体积以减小电子存储电极处的自放电，并且所述方法可以包括在充电和/或放电之前增加电解质的体积。
122.在进一步的实施方式中，所述方法可以进一步包括减少池隔室中的电解质的体积，尤其是从池隔室移除(基本上全部)电解质，并且(随后)添加第二电解质，尤其是其中第二电解质不同于第一电解质。
123.在进一步的特定实施方式中，所述方法可以包括在(第一)电解质(尤其是包含硫的(第一)电解质)存在下对电解池充电，并且在第二电解质(尤其是(基本上)不含硫)存在下对电解池放电。硫可以在充电期间增加电子存储电极处的电荷转移速率，这可以导致充
电效率更高并降低能量需求。然而，如果在放电期间在电解质中存在硫，则可形成h2s，这对于下游加工是不期望的。本领域技术人员将清楚的是，在充电或放电期间，其它电解质或电解质组分可能同样是有益的，并且可以如本文描述的有利地应用。
124.在进一步的实施方式中，所述方法可以包括减少电解质的体积并且添加(相似)体积的惰性气体。这一构思还包括，可以通过惰性气体来替换池中的电解质以减少(尤其是避开)在存储和运输过程中在电子存储电极处的自放电。这对用于h2存储的安全存储方法可也以是有益的。这一想法还包括，可以在有利的位置对电解池，尤其是电子存储电极，进行充电，然后将其运输到另一位置，例如以向分散式h2加气站提供氢。此处，电解池，尤其是电子存储电极，可以放置在容器中以便于运输或便于工业现场的本地存储。
125.因此，在特定的实施方式中，所述方法进一步包括：(i)在充电之后，使用存储气体替代池隔室中电解质的(池隔室)体积的至少25％，诸如至少50％，尤其是至少75％(以减少自放电)，以及随后(ii)在(电解池)放电之前，使用第二电解质替换池隔室中存储气体的(池隔室)体积的至少25％，诸如至少50％，尤其是至少75％。在进一步的实施方式中，存储气体可以包含h2和/或惰性气体，尤其存储气体可以包含惰性气体。在进一步的实施方式中，电解质和第二电解质可以是不同的电解质。在进一步的实施方式中，电解质和第二电解质可以是相同电解质。
126.在进一步的实施方式中，所述方法可以包括在放电之后使用惰性存储气体替换池隔室中电解质的(池隔室)体积的至少25％，诸如至少50％，尤其是至少75％。
127.在其中电子存储电极包含铁基电极的实施方式中，所述方法可以包括根据以下反应对电解池放电：
128.2h2o 2e
‑
→
h2 2oh
‑
129.在阴极(此处：析气电极)，和
130.fe 2oh
‑
→
fe(oh)2 2e
‑
131.在阳极(此处：电子存储电极)。
132.类似地，在该实施方式中，所述方法可以包括根据以下反应对电解池充电：
133.fe(oh)2 2e
‑
→
fe 2oh
‑
134.在阴极(此处：电子存储电极)和
135.4oh
‑
→
2h2o o2 4e
‑
136.在阳极(此处：析气电极)。
137.在电子存储电极包含镉基电极的实施方式中，所述方法可以包括根据以下反应对电解池放电：
138.cd 2oh
‑
→
cd(oh)2 2e
‑
139.在阳极(在阴极处发生前述h2析出反应)，和根据以下反应对电解池充电：
140.cd(oh)2 2e
‑
→
cd 2oh
‑
141.在阴极(在阳极处发生前述的o2析出反应)。
142.在其中电子存储电极包含锌基电极的实施方式中，所述方法可以包括根据以下(简化的)反应对电解池放电：
143.zn 2oh
‑
→
zn(oh)2 2e
‑
144.在阳极(在阴极发生前述的h2析出反应)，并且根据以下(简化的)反应对电解池充
电：
145.zn(oh)2 2e
‑
→
zn 2oh
‑
146.在阴极(在阳极发生前述的o2析出反应)。
147.在多个实施方式中，可以在电子存储电极处发生自放电反应。尤其是，可以选择电解池的温度以促进通过自放电的h2‑
释放(在自放电期间，析气电极是非活性的)。因此，在多个实施方式中，所述方法可以包括根据以下反应使电子存储电极进行自放电：
148.fe 2h2o
→
fe(oh)2 h2149.如本领域技术人员将清楚的，fe(oh)2可能是铁基电子存储电极的主要(自)放电产物。然而，在铁基电子存储电极处还可以存在作为(次要)(自)放电产物的进一步氧化的铁化合物，诸如fe3o4和feooh。
150.在多个实施方式中，所述方法包括将电解池布置在压力室(也称为：“压力房”)中，尤其是布置在压力池(也称为：“压力容器”)中。压力室尤其可以被配置以提供从0.1
‑
800巴范围中选择的一个或多个压力(在不同的时间)。在进一步的实施方式中，所述方法可以包括(控制压力池以)在第一压力下对电解池充电和在第二压力下对电解池放电，尤其是其中第一压力不同于第二压力。在进一步的实施方式中，第一压力和第二压力也可以是相同压力。
151.因此，在多个实施方式中，所述方法可以进一步包括控制池隔室内的气体压力。措辞诸如“在第一压力下对电解池充电”尤其可以是指向电解池的池隔室施加第一压力。
152.在多个实施方式中，所述方法可以包括在从范围0.1
‑
800巴内选择的气体压力下对电解池放电，诸如范围1
‑
800巴，尤其是范围10
‑
800巴。用于存储或再生的电解池可不加压运行，即在多个实施方式中，所述方法可以包括在选自0.1
‑
10巴范围内的气体压力下，尤其是在大气压下，对电解池充电(或存储)。
153.因此，所述方法可以包括在大气条件下对电子存储电极充电并且生产o2，同时在加压条件下对电子存储电极放电并生产h2。在加压条件下生产h2可以是有益的，因为例如工业过程可能会在高于大气压的压力下使用h2。在此类实施方式中，h2的(加压)电化学生产可能需要更高的电位(差值)，即在更高的压力下产生气体需要更多的能量。此处，在大气条件下生产氧，没有额外的成本。仅在高压下生产氢，并且需要额外的能量。这也可以节省材料成本；仅是当前使用的h2生产单元需要放置在压力室中。
154.在多个实施方式中，所述方法可以进一步包括在充电时间和/或存储时间，尤其是在充电时间期间，将池隔室的温度控制在低于最高温度t
max
，其中最高温度t
max
≤40℃。池隔室的温度可能与电子存储电极处的h2析出相关，尤其是更高的温度可导致在电子存储电极处产生更多不希望的h2析出。因此，在充电和/或存储期间可以选择温度控制来抑制h2析出。
155.在多个实施方式中，电解系统可以包含根据本发明的电解池以及配置为执行根据本发明的方法的控制系统。
156.在进一步的方面，本发明进一步提供了根据本发明的电解系统(尤其是电解池)的用途，其中池隔室包含与析气电极和电子存储电极呈流体接触的电解质，其中在充电时间的至少一部分期间，在析气电极与电子存储电极之间的电位差超过1.2v(尤其是电位差≥1.37v)下对电解池充电，并且其中在放电时间的至少一部分期间，在选自0.0
‑
1.0v范围的电子存储电极与析气电极之间的电位差下对电解池放电，即，其中在充电时间的至少一部
分期间，在超过1.2v的析气电极与电子存储电极之间的电位差(尤其是电位差≥1.37v)下对电解池充电，并且其中在放电时间的至少一部分期间，在选自0.0
‑‑
1.0v范围的析气电极与电子存储电极之间的电位差下对电解池放电。
157.本文描述的实施方式并不限于本发明的单一方面。例如，关于电解池功能而描述该电解池的实施方式进一步涉及例如控制该电解池的方法。类似地，描述电解池的运行的方法的实施方式可以指示，在多个实施方式中，该电解池可适于进行运行。例如，如果方法描述了在运行期间控制电解池的温度，则可以清楚的是电解池可以包含或在功能性耦接至热管理系统(在运行期间)。
158.电解池可以是电解系统、燃料电池系统、产氢系统、储氢系统、(工业)生产系统、氢气站、氢气罐站的一部分或者可以应用于其中。
附图说明
159.现在将仅通过示例的方式参考示意性附图描述本发明的实施方式，其中对应的参考标记表示对应的部件，并且其中：
160.图1a
‑
b示意性地描绘了电解池的实施方式。
161.图2a
‑
c示意性地描绘了电解池的实施方式。
162.图3a
‑
b示意性地描绘了电解池的进一步实施方式。
163.图4示意性地描绘了所述方法的实施方式。
164.示意图不一定按比例绘制。
具体实施方式
165.图1a示意性地描绘了电解池200的一个实施方式，所述电解池用于h2和o2的时间上偏移的电解生产。电解池200包含池隔室210，其中池隔室210包含析气电极220和电子存储电极230。在所描绘的实施方式中，析气电极220包含镍基电极，并且电子存储电极230包含铁基电极。在多个实施方式中，析气电极220的电化学存储容量c
gee
可以≤电子存储电极230的电化学存储容量c
ese
的1％。
166.在所描绘的实施方式中，电解系统100包含电解池200和配置为控制电解系统100的控制系统140。电解系统100，尤其是电解池200，包含在功能上耦接至析气电极220的第一电气连接件120，和在功能上耦接至电子存储电极230的第二电气连接件130。在进一步的实施方式中，控制系统140被配置为执行根据本发明的方法300。
167.在多个实施方式中，析气电极220的电化学存储容量c
gee
可以≤电子存储电极230的电化学存储容量c
ese
的5％，诸如≤1％，尤其是≤0.1％。在进一步实施方式中，析气电极220的(总)表面积≥电子存储电极230的(总)表面积的50％，尤其是析气电极面向电子存储电极的一侧的几何表面积≥电子存储电极面向析气电极的一侧的几何表面积的50％。在描绘的实施方式中，其中电极的体积看起来大致相等，析气电极220可以包含(ni
‑
)网状电极。在进一步的实施方式中，析气电极220的总体积可以小于(或大于)电子存储电极。
168.在所描绘的实施方式中，池隔室210为无膜隔室214。
169.图1b示意性地描述了电解池200的进一步实施方式。在所描绘的实施方式中，池隔室210包含析气电极220、电子存储电极230、电解质240、气体245和膜211。在多个实施方式
中，气体245可以是包含o2的充电气体、包含h2的放电气体或惰性气体诸如n2中的一种或多种。
170.在多个实施方式中，电解池200可以包含气密外壳201，其包含池隔室210，其中气密外壳201基本上是封闭的。在进一步的实施方式中，池隔室210可以包含池隔室开口219，其配置用于向池隔室210添加流体诸如电解质240，和/或用于从池隔室210移除流体，诸如气体245。在进一步的实施方式中，池隔室210可以包含两个或更多个池隔室开口219。包含两个或更多个池隔室开口219的池隔室210对于例如使用诸如惰性气体等气体(尤其是n2)来吹扫池隔室可以是有益的。因此，除了池隔室开口219以外，气密外壳201可以基本上是封闭的。
171.膜211可以布置在析气电极220和电子存储电极230之间。膜可以被配置用于阻断o2和h2中的一种或多种在析气子隔室212与电子存储子隔室213之间的传输，尤其是h2。膜可以被进一步配置为允许h2o和oh
‑
中的一种或多种在析气子隔室212与电子存储子隔室213之间的传输。因此，膜对于o2和h2中的一种或多种可以是不能渗透的，并且膜可以渗透h2o和oh
‑
中的一种或多种。
172.在进一步的实施方式中，析气子隔室212和电子存储子隔室213可以各自包含或在功能上耦接至相应的池隔室开口219。
173.在所描绘的实施方式中，膜211将池隔室210分隔成两个子隔室，即膜211限定了析气子隔室212(包含析气电极)和电子存储子隔室213(包含电子存储电极)。
174.在进一步的实施方式中，膜211可沿池隔室210的一部分尺寸布置。例如，膜可以布置为将电解质240分隔(或促进分隔)成两个区域，或者膜可以布置为将气体245分隔(或促进分隔)成两个区域。本领域技术人员将清楚的是，在此类实施方式中，膜211的隔离将取决于池隔室210中电解质240和气体245各自的量。
175.在多个实施方式中，在使用期间，尤其是在电解池的(放)充电期间，电解池200可以包含电解质240。如果电解池200没有被主动充电或放电，则电解池200可以不含电解质240，即在多个实施方式中，电解池200可以不含电解质240。在所描绘的实施方式中，电解池200包含电解质240，电解质水平大约等于电极的顶部，即在所描绘的实施方式中，电解质240可以基本上包围电极。在多个实施方式中，在运行期间可以改变电解质水平。
176.图1a
‑
b中示意性地描绘了运行中的电解池200。
177.图2a示意性地描绘了电解池200的一个实施方式的截面侧视图。尤其是，电解池200的实施方式包含双极布置(的电极)270，尤其是水平双极布置(的电极)270,270a。电解池200包含双极板271，尤其是包含大罐(也是“容器”)的双极板。电解池包含布置在双极板271第一侧(尤其是顶侧)的电子存储电极230。电解池包含布置在双极板271的第二侧(尤其是底侧)的析气电极220。两个双极板271可以相互堆叠，以提供析气电极220和电子存储电极230的相互交叉。在所描绘的实施方式中，绘制了四个堆叠的双极板271(在顶部双极板271上未绘制电子存储电极230，在底部双极板271上未绘制析气电极220)。仅出于可视化目的，顶部的两个双极板271被绘制很近(相互交叉)，而中间的两个和底部的两个双极板271被绘制相隔较远。在运行期间，双极板271的(电极)优选可以是相互交叉的(诸如描绘的顶部两个双极板271)。两个堆叠的双极板271可以通过板密封件272连接。
178.在多个实施方式中，在双极板271的堆叠中，底部双极板和顶部双极板可以包含或
者在功能上与电气连接件耦接，尤其是第一电气连接件120在功能上耦接至析气电极220，并且第二电气连接件130在功能上耦接至电子存储电极230。
179.在多个实施方式中，双极板271可以包含顶部开口和/或底部开口，尤其是其中顶部开口被配置用于添加和/或去除气体245，并且其中底部开口被配置用于添加和/或去除电解质240。在所描绘的实施方式中，电解池200不含电解质240(其可以在电解池200充电和/或放电之前添加)。
180.图2b示意性地描绘了图2a的实施方式的顶视图。参考标记c表示图2a中描绘的截面图的可能位置。因此，在多个实施方式中，电子存储电极230可以包含单个连续电极，而析气电极220包含多个空间上分离的析气电极220，其与电子存储电极230的不同部分功能性接触。在所描绘的实施方式中，析气电极220的每一个被配置用于防止析气电极220和电子存储电极230之间短路的分隔空间260包围。因此，在多个实施方式中，电解池200的体积可以基本上包含电子存储电极，除了析气电极220的空间和相应的空间260。
181.在进一步的实施方式中，(每个)析气电极220可以具有(大致)圆柱形形状并且电子存储电极230可以包含(大致)圆柱形孔洞以容纳析气电极220(和电解质240)并且提供分隔空间260。在此种实施方式中，析气电极220的外(圆柱形)(非基础)表面积可以≥电子存储电极(230)的(圆柱形孔洞)的内(圆柱形)表面积的10％，尤其是≥20％，诸如≥35％，尤其是≥50％，诸如≥75％，尤其是≥90％，包括100％。类似地，在进一步的实施方式中，析气电极的内(圆柱形)(非基础)表面积可以≤125％，尤其是≤100％，诸如≤90％，尤其是≤80％。
182.图2c示意性地描绘了图2a所示实施方式的特写。在所描绘的实施方式中，电解质240可以被配置在电子存储电极230和析气电极220之间(基本上在分隔空间260中)。析气电极220可以包含中空电极。析气电极220可以被配置为阻断o2和h2中一种或多种的传输的分隔器216包围。析气电极220可以包含疏水性涂层，尤其是配置用于引导在析气电极处析出的气体245的疏水性涂层。因此，在多个实施方式中，疏水性涂层可以应用于(中空)析气电极220的内部。在进一步的实施方式中，析气电极220可以包含含有疏水性涂层的多孔电极，尤其是析气电极220可以包含在内部含有疏水性涂层的多孔电极，即疏水性涂层布置在多孔电极的内部。
183.在多个实施方式中，双极板271可以包含或在功能上耦接至隔离器，该隔离器配置用于将双极板271与电解质240分离，即配置用于减少(尤其是防止)双极板271与电解质240之间的直接接触。在进一步的实施方式中，电解池200可以包含布置在双极板271和电解质240之间的隔离器。在进一步的实施方式中，隔离器可以包含塑料盖。
184.因此，在充电期间，析气电极220可以提供可以通过第一顶部空间(尤其是通过双极板271中的中空区段，尤其是包含疏水性涂层的中空区段)离开电解池100的第一气体245a，并且电子存储电极230可以提供被捕获在布置在分隔器216、双极板271、电解质240和电子存储电极230中一个或多个之间的第二顶部空间中的第二气体245b(基本上是自放电气体)。
185.图3a
‑
b示意性地描绘了包含竖直双极布置(的电极)270,270b的电解池200的实施方式的顶视图。仅出于可视化目的，最右侧两双极板271被绘制的很接近，而中间两个和最左侧两个双极板271出于可视化目的被相隔开绘制。
186.在其中电解池200包含竖直双极布置270,270b的实施方式中，析气电极220和电子存储电极230尤其可以包括扁平和/或片状电极。包括如图3b所示相互交叉的析气电极220和电子存储电极230的实施方式，相对于如图3a所示的实施方式，可以提供更高的存储密度和/或降低的析气电极体积(包括分隔空间260)。
187.在多个实施方式中，水平双极布置270,270a和/或竖直双极布置270,270b可以提供可扩展性，因为可以提供多个双极板271的布置。
188.图4示意性地描绘了使用用于控制电解池200的方法300获得的实验观察结果。该方法包含控制析气电极220与电子存储电极230之间的电位差和/或电流，在所描绘的实施方式中，尤其控制电流。线l1表示在以受控电流进行充电/放电时在析气电极220和电子存储电极230之间的测量电压(v
gee
‑
v
ese
)。在这一测试的实施方式中，析气电极220包含sst网并且电子存储电极230包含铁基电极。在第一时间段τ1和第三时间段τ3期间，在析气电极220和电子存储电极230之间施加电流以对电解池200充电，导致在析气电极220处析出o2，在电子存储电极230处发生fe(oh)2‑
>fe转变，并且在电子存储电极230(由于自放电)处析出一些h2。在第二时间段τ2和第四时间段τ4期间，在析气电极220和电子存储电极230之间施加电流，以对电解池200放电，导致在析气电极220处析出h2并且在电子存储电极230处发生fe
‑
>fe(oh)2转变。在第一时间段τ1和第三时间段τ3期间，以约7.5:1的比率生产o2和h2。在第二时间段τ2和第四时间段τ4期间，几乎不产生o2。在τ1和τ3中产生的h2与在τ2和τ4中产生的h2的比率大致为6.5:1。
189.在多个实施方式中，方法300可以进一步包括根据h2需求与电解池200的充电水平中的一个或多个来控制电位差和/或电流。
190.在多个实施方式中，方法可以进一步包括控制池隔室210中的电解质240的体积。例如，相关于图1b中所描绘的电解池200的实施方式，方法可以包括控制池隔室210中电解质240和气体245的体积(或“水平”)。在进一步的实施方式中，方法300可以包括：在充电之后用惰性气体替换池隔室210中电解质240的池隔室体积的至少50％，和随后在放电之前，使用第二电解质替换池隔室210中惰性气体的池隔室体积的至少50％。在进一步的实施方式中，电解质240和第二电解质可以不同，尤其是电解质240和第二电解质可以相同。
191.图4还示意性地描绘了根据本发明的电解系统100(尤其是电解池200)的用途。在使用期间，池隔室210包含与析气电极220和电子存储电极230呈液体接触的电解质240。在充电时间的至少一部分期间，在析气电极220与电子存储电极230之间的电位差超过1.2v(尤其是电位差≥1.37v，诸如≥1.6v，尤其是≥1.8v(此处：1.6v))下对电解池200充电。在放电时间的至少一部分期间，在电子存储电极230与析气电极220之间的电位差选自范围0.0
‑
1.0v(此处：0.25v)下对电解池200放电。在多个实施方式中，在充电时间期间，池隔室210可以包含电解质240，并且在放电时间期间，可以包含第二电解质，其中所述电解质和第二电解质不同。
192.本领域技术人员将理解本文中诸如“基本上所有的光”或“基本上由
…
组成”中的术语“基本上”。术语“基本上”还可以包括使用“全部”、“完全”、“所有”等的实施方式。因此，在多个实施方式中，也可以去掉形容词基本上。在适用的情况下，术语“基本上”也可涉及90％或更高，诸如95％或更高，尤其是99％或更高，甚至更尤其是99.5％或更高，包括100％。术语“包含”还包括其中术语“包含”意为“由
…
组成”的实施方式。术语“和/或”特别
涉及在“和/或”之前和之后提到的项目的一个或多个。例如，措辞“项目1和/或项目2”和类似措施可以涉及项目1和项目2中的一个或多个。术语“包含”在一个实施方式中可以指“由
…
组成”，但在另一个实施方式中也可以指“至少含有所限定的物种和任选的一种或多种其它物种”。
193.另外，说明书和权利要求中的术语第一、第二、第三等用于区分相似要素，且不一定用于描述顺序或时间顺序。应当理解的是，如此使用的术语在适当的情况下是可互换的，并且本文描述的本发明的实施方式能够以不同于本文描述或说明的其它顺序进行操作。
194.术语“进一步的实施方式”可以是指包含先前讨论的实施方式的特征的实施方式，也可以是指替代性实施方式。
195.本文的装置尤其在操作期间进行了描述。本领域技术人员将清楚的是，本发明并不限于操作方法或操作中的装置。
196.需要注意的是，上述实施方式说明而非限制本发明，并且本领域技术人员将能够在不脱离所附权利要求的范围的情况下设计许多替代性实施方式。在权利要求中，括号之间的任何参考标记不应被解释为限制权利要求。动词“包含”及其变型的使用不排除权利要求中的要素或步骤以外的要素或步骤的存在。要素之前的冠词“一个”或“一种”不排除存在多个此类要素。本发明可以通过包含数个不同元件的硬件和通过适当编程的计算机来实现。在列举几种手段的装置权利要求中，这些手段中的几种可以由一个相同的硬件项目体现。在相互不同的从属权利要求中叙述某些措施的纯粹事实并不表示这些措施的组合不能利用优势。
197.本发明进一步适用于一种包含在说明书中描述和/或在附图中示出的表征特征的一个或多个的装置。本发明进一步涉及一种包含在说明书中描述和/或在附图中示出的表征特征的一个或多个的方法或工艺。
198.可以组合本专利中讨论的各个方面以提供附加优点。另外，本领域技术人员可以理解的是，可以组合多个实施方式，并且还可以组合多于两个实施方式。另外，某些特征可以构成一个或多个分案申请的基础。