水催化產氫發(fā)電的方法及設備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種水催化產氫發(fā)電的方法，包括以下步驟：（1）將水加熱使其產生水蒸汽；（2）將步驟（1）產生的水蒸汽通過負離子粉，所述負離子粉電解所述水蒸氣產生氫氣；（3）將步驟（2）中產生的氫氣送往燃料電池或燃氫發(fā)電機發(fā)電；其中，步驟（2）中所述的負離子粉中加入有金屬催化劑。所述方法在負離子粉中加入金屬催化劑，可將通過的水或水蒸氣電解產生負離子和氫氣，產生的氫氣用于燃料電池或燃氫發(fā)電機的發(fā)電。所述方法簡化了產氫過程，有效降低了氫氣制備的成本。另外，本發(fā)明還公開一種實現所述發(fā)電方法的水催化產氫發(fā)電設備，可快速制備大量用于燃料電池發(fā)電的氫氣，有利于燃料電池或燃氫發(fā)電機的普遍廣泛應用。
【專利說明】水催化產氫發(fā)電的方法及設備
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種對燃料電池發(fā)電的方法以及實現該方法的設備，尤其是一種利用水催化產氫對燃料電池發(fā)電的方法以及實現該方法的發(fā)電設備。
【背景技術】
[0002]燃料電池是很有發(fā)展前途的新的動力電源，一般以氫氣、碳、甲醇、硼氫化物、煤氣或天然氣為燃料，作為負極，用空氣中的氧氣作為正極。燃料電池的活性物質(燃料和氧化齊U)是在反應的同時源源不斷地輸入的，因此，這類電池實際上是一個能量轉換裝置。這類電池具有轉換效率高、容量大、比能量高、功率范圍廣、不用充電燈優(yōu)點，廣泛應用于飛機、汽車、飛船、潛艇、軍事、電視中轉站、燈塔等各個領域。
[0003]燃料電池是利用水的電解的逆反應的“發(fā)電機”，它由正極、負極和夾在正負極中間的電解質板所組成。最初，電解質板是利用電解質滲入多孔的板而形成，現在正發(fā)展為直接使用固體的電解質。工作時向負極供給燃料(氫)，向正極供給氧化劑(空氣，起作用的成分為氧氣)。氫在負極分解成正離子H+和電子e_。氫離子進入電解液中，而電子沿外部電路移向正極，用電的負載就接在外部電路中。在正極上，空氣中的氧同電解液中的氫離子吸收抵達正極上的電子形成水，這正是水的電解反應(電能+2H20 — 2H2+02)的逆過程(2H2+02 — 2H20+電能)。利用這個原理，燃料電池便可在工作時源源不斷地向外部輸電，所以也可稱它為一種“發(fā)電機”。
[0004]氫氧燃料電池是以氫氣作燃料，氧氣作氧化劑，通過燃料的燃燒反應，將化學能轉變?yōu)殡娔艿碾姵亍溲跞剂想姵毓ぷ鲿r，向氫電極供應氫氣，同時向氧電極供應氧氣。氫、氧氣在電極上的催化劑作用下，通過電解質生成水。這時，在氫電極上有多余的電子而帶負電，在氧電極上由于缺少電子而帶正電。接通電路后，這一類似于燃燒的反應過程就能連續(xù)進行。燃料電池的正常運轉，需要持續(xù)供應氫和氧。
[0005]現有燃料電池的成本較高，系統(tǒng)比較復雜，其用途得到了大大的限制。究其原因，主要是氫氣和氧氣的制備裝置復雜，難以實現，成本較高。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明的目的在于克服現有技術的不足之處而提供一種易于實現、成本較低的水催化產氫發(fā)電的方法；同時，本發(fā)明還提供一種實現所述發(fā)電方法的發(fā)電設備，所述發(fā)電設備結構簡單，同時有效降低了氫氣制備的成本。
[0007]為實現上述目的，本發(fā)明米取的技術方案為:一種水催化產氫發(fā)電的方法，
包括以下步驟:
(1)將水加熱使其產生水蒸汽；
(2)將步驟(I)產生的水蒸汽通過負離子粉，所述負離子粉電解所述水
蒸氣產生氫氣;
(3)將步驟(2)中產生的氫氣送往燃料電池或燃氫發(fā)電機發(fā)電； 其中，步驟(2)中所述的負離子粉中加入有金屬催化劑。
[0008]負離子粉在金屬催化劑的激勵下，可以使空氣中的水分子產生微弱的電解作用，產生負離子和氫氣，其反應方程式為:4H20+4e — 2H302_+H2。 申請人:選擇在負離子粉中加入金屬催化劑，當水加熱后產生的水蒸氣通過所述加入有金屬催化劑的負離子粉時，水蒸氣電解產生大量負離子和氫氣，所產生的氫氣可直接送往燃料電池進行發(fā)電。所述方法大大簡化了產氫過程，使得氫氣的產生易于實現，有效降低了氫氣制備的成本。
[0009]作為本發(fā)明所述水催化產氫發(fā)電的方法的優(yōu)選實施方式，所述步驟(3為:將步驟
(2)中產生的氫氣儲存在儲氫容器中，需要發(fā)電時，將氫氣從儲氫容器中排出并送往燃料電池發(fā)電。將產生的氫氣先儲存在儲氫容器中，當需要發(fā)電時，再將儲氫容器中的氫氣排出并送往燃料電池或燃氫發(fā)電機發(fā)電。與直接將產生的氫氣送往燃料電池或燃氫發(fā)電機發(fā)電相比，當產生的氫氣較多時，此種方法可將多余的氫氣暫時儲存在容器中，避免了氫氣的浪費，同時使燃料電池或燃氫發(fā)電機的發(fā)電更加靈活。
[0010]作為本發(fā)明所述水催化產氫發(fā)電的方法的優(yōu)選實施方式，所述步驟(3)中的儲氫容器采用活性碳罐或納米碳管吸附器。選擇活性碳罐或納米碳管吸附器儲存氫氣，當需要發(fā)電時，對活性碳罐或納米碳管吸附器加熱，使氫氣排出并送往燃料電池或燃氫發(fā)電機發(fā)電，不僅氫氣的儲存較方便，而且當需要發(fā)電時，氫氣從所述容器中的釋放也較簡單。
[0011]作為本發(fā)明所述水催化產氫發(fā)電的方法的優(yōu)選實施方式，所述步驟(2)中負離子粉中加入的金屬催化劑為鈷、鎳、鉬和鑰中的至少一種。所述催化劑可以為一種，也可以為多種的混合物。
[0012]作為本發(fā)明所述水催化產氫發(fā)電的方法的優(yōu)選實施方式，所述步驟(2)中負離子粉中加入的金屬催化劑為鈷-鎳催化劑或鉬金-鎳催化劑。當在負離子粉中加入的金屬催化劑選擇鈷-鎳混合物催化劑或鉬金-鎳的混合物催化劑時，水蒸氣在負離子粉中的電解作用更加容易。
[0013]作為本發(fā)明所述水催化產氫發(fā)電的方法的優(yōu)選實施方式，所述步驟(2)中的負離子粉為含有電氣石的混合材料。
[0014]另外，本發(fā)明還提供一種實現上述所述發(fā)電方法的水催化產氫發(fā)電設備，包括:
用于儲存水的儲水容器；
與所述儲水容器的上端連通、用于儲存負離子粉和金屬催化劑的電解容器；
與所述電解容器連通的燃料電池或燃氫發(fā)電機。
[0015]所述發(fā)電設備中，儲水容器用于儲存水，儲水容器中的水通過加熱生成水蒸氣，由于儲水容器的上端與電解容器連通，因此生成的水蒸氣通過儲水容器的上端進入到所述電解容器中，水蒸氣在電解容器中負離子粉和金屬催化劑的共同作用下，發(fā)生電解，產生負離子和氫氣，產生的氫氣被送往與電解容器連通的燃料電池或燃氫發(fā)電機進行發(fā)電。
[0016]作為本發(fā)明所述水催化產氫發(fā)電設備的優(yōu)選實施方式，所述電解容器與燃料電池之間還設有儲氫容器，所述電解容器的上端與所述儲氫容器連通，所述儲氫容器與所述燃料電池或燃氫發(fā)電機連通。在電解容器和燃料電池之間設置儲氫容器，電解容器中電解產生的氫氣，首先進入到與所述電解容器上端連通的儲氫容器中，并在儲氫容器中進行儲存。當需要對燃料電池或燃氫發(fā)電機發(fā)電時，將儲存在儲氫容器中的氫氣從儲氫容器中排出，并送往與所述儲氫容器連通的燃料電池或燃氫發(fā)電機中，實現燃料電池或燃氫發(fā)電機的發(fā)電。
[0017]作為本發(fā)明所述水催化產氫發(fā)電設備的優(yōu)選實施方式，所述儲水容器和儲氫容器的下端均設有加熱裝置。所述加熱裝置分別對儲水容器和儲氫容器進行加熱，使儲水容器中的水加熱生成水蒸氣進入電解容器電解；而儲氫容器在加熱裝置的作用下，將儲存在儲氫容器中的氫氣釋放排出，進入與儲氫容器連通的燃料電池或燃氫發(fā)電機中發(fā)電。所述加熱裝置可選用工業(yè)廢熱或太陽能或地熱，利用工業(yè)廢熱、太陽能和電熱對所述儲水容器和儲氫容器加熱，合理的優(yōu)化了資源的利用，有效減少了資源浪費。
[0018]作為本發(fā)明所述水催化產氫發(fā)電設備的優(yōu)選實施方式，所述儲氫容器為活性碳罐或納米碳管吸附器。所述儲氫容器選擇活性碳罐或納米碳管吸附器時，氫氣的儲存更加穩(wěn)定方便，同時，需要發(fā)電時，對儲氫容器進行加熱，氫氣的釋放排出也更加容易。
[0019]本發(fā)明所述水催化產氫發(fā)電的方法，通過在負離子粉中加入金屬催化劑，可快速將通過的水或水蒸氣進行電解，產生負離子和氫氣，使得氫氣的制備方便容易，有效降低了氫氣制備的成本。本發(fā)明所述水催化產氫發(fā)電設備，結構簡單，可方便快速產生用于對燃料電池或燃氫發(fā)電機發(fā)電的氫氣，有效降低燃料電池的成本，有利于燃料電池的普遍廣泛應用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明所述水催化產氫發(fā)電設備的一種實施例的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0021]為更好的說明本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點，下面將結合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0022]一種水催化產氫發(fā)電的方法，包括以下步驟:
(1)將水加熱使其產生水蒸汽；
(2)將步驟(I)產生的水蒸汽通過負離子粉，所述負離子粉電解所述水蒸氣產生氫氣；
(3)將步驟(2)中產生的氫氣送往燃料電池或燃氫發(fā)電機發(fā)電；
其中，步驟(2)中所述的負離子粉中加入有金屬催化劑。
[0023]負離子粉在金屬催化劑的激勵下，可以使空氣中的水分子產生微弱的電解作用，產生負離子和氫氣，其反應方程式為:4H20+4e — 2H302_+H2。 申請人:選擇在負離子粉中加入金屬催化劑，當水加熱后產生的水蒸氣通過所述加入有金屬催化劑的負離子粉時，水蒸氣電解產生負離子和氫氣。所產生的氫氣可直接送往燃料電池或燃氫發(fā)電機，氫氣與氧氣發(fā)生逆電解反應，2H2+02 — 2H20+電能，產生電能。所述方法大大簡化了產氫過程，使得氫氣的產生易于實現，有效降低了氫氣制備的成本。
[0024]較佳地，所述步驟(3為:將步驟(2)中產生的氫氣儲存在儲氫容器中，需要發(fā)電時，將氫氣從儲氫容器中排出并送往燃料電池或燃氫發(fā)電機發(fā)電。將產生的氫氣先儲存在儲氫容器中，當需要發(fā)電時，再將儲氫容器中的氫氣排出并送往燃料電池或燃氫發(fā)電機發(fā)電。與直接將產生的氫氣送往燃料電池或燃氫發(fā)電機發(fā)電相比，當產生的氫氣較多時，此種方法可將多余的氫氣暫時儲存在儲氫容器中，避免了氫氣的浪費，同時使燃料電池或燃氫發(fā)電機的發(fā)電更加靈活。[0025]較佳地，所述步驟(3)中儲氫容器采用活性碳罐或納米碳管吸附器。選擇活性碳罐或納米碳管吸附器儲存氫氣，當需要發(fā)電時，對活性碳罐或納米碳管吸附器加熱，使氫氣排出并送往燃料電池或燃氫發(fā)電機發(fā)電，不僅氫氣的儲存較方便，而且當需要發(fā)電時，氫氣從所述儲氫容器中的釋放也較簡單。
[0026]較佳地，所述步驟(2)中負離子粉中加入的金屬催化劑為鈷、鎳、鉬和鑰中的至少一種。所述催化劑可以為一種，也可以為多種的混合物。更佳地，所述步驟(2)中負離子粉中加入的金屬催化劑為鈷-鎳催化劑或鉬金-鎳催化劑。當在負離子粉中加入的金屬催化劑選擇鈷-鎳混合物催化劑或鉬金-鎳的混合物催化劑時，水蒸氣在負離子粉中的電解作用更加容易。
[0027]較佳地，所述步驟(2)中的負離子粉為含有電氣石的混合材料。
[0028]本發(fā)明的一種實現上述所述發(fā)電方法的水催化產氫發(fā)電設備，如附圖1所示，包括:用于儲存水的儲水容器10 ;與所述儲水容器10的上端連通、用于儲存負離子粉和金屬催化劑的電解容器20 ;與所述電解容器20連通的燃料電池30或燃氫發(fā)電機(圖中未畫出)。
[0029]所述發(fā)電設備中，儲水容器10用于儲存水，儲水容器10中的水通過加熱生成水蒸氣，由于儲水容器10的上端與電解容器20連通，因此生成的水蒸氣通過儲水容器10的上端進入到所述電解容器20中，水蒸氣在電解容器20中負離子粉和金屬催化劑的共同作用下，發(fā)生電解，產生負離子和氫氣，產生的氫氣被送往與電解容器20連通的燃料電池30或燃氫發(fā)電機進行發(fā)電。
[0030]較佳地，如附圖1所示，所述電解容器20與燃料電池30或燃氫發(fā)電機之間還設有儲氫容器40，所述電解容器20的上端與所述儲氫容器40連通，所述儲氫容器40與所述燃料電池30或燃氫發(fā)電機連通。在電解容器20和燃料電池30或燃氫發(fā)電機之間設置儲氫容器40，電解容器20中電解產生的氫氣，首先進入到與所述電解容器20上端連通的儲氫容器40中，并在儲氫容器40中進行儲存。當需要對燃料電池30或燃氫發(fā)電機發(fā)電時，將儲存在儲氫容器40中的氫氣從儲氫容器40中排出，并送往與所述儲氫容器40連通的燃料電池30或燃氫發(fā)電機中，實現燃料電池30或燃氫發(fā)電機的發(fā)電。
[0031]較佳地，所述儲水容器10和儲氫容器40的下端均設有加熱裝置(12、42)。所述加熱裝置(12、42)分別對儲水容器10和儲氫容器40進行加熱，使儲水容器10中的水加熱生成水蒸氣進入電解容器20電解；而儲氫容器40在加熱裝置42的作用下，將儲存在儲氫容器40中的氫氣釋放排出，進入與儲氫容器40連通的燃料電池30或燃氫發(fā)電機中發(fā)電。更佳地，所述加熱裝置(I 2、42 )選用工業(yè)廢熱或太陽能或地熱，選用上述能源對所述儲水容器10和儲氫容器40加熱，實現利用工業(yè)廢熱、太陽能和地熱發(fā)電，合理的優(yōu)化了資源的利用，有效減少了資源浪費。
[0032]較佳地，所述儲氫容器40為活性碳罐或納米碳管吸附器。所述儲氫容器40選擇活性碳罐或納米碳管吸附器時，氫氣的儲存更加穩(wěn)定方便，同時，需要發(fā)電時，對儲氫容器40進行加熱，氫氣的釋放排出也更加容易。
[0033]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式而非對本發(fā)明保護范圍的限制，應當指出，對于本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，可以對本發(fā)明技術方案進行修改或等同替換，這些修改或等同替換也應視為本發(fā)明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種水催化產氫發(fā)電的方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)將水加熱使其產生水蒸汽； (2)將步驟(I)產生的水蒸汽通過負離子粉，所述負離子粉電解所述水 蒸氣產生氫氣； (3)將步驟(2)中產生的氫氣送往燃料電池或燃氫發(fā)電機發(fā)電； 其中，步驟(2)中所述的負離子粉中加入有金屬催化劑。
2.如權利要求1所述的水催化產氫發(fā)電的方法，其特征在于，所述步驟(3為:將步驟(2)中產生的氫氣儲存在儲氫容器中，需要發(fā)電時，將氫氣從儲氫容器中排出并送往燃料電池或燃氫發(fā)電機發(fā)電。
3.如權利要求2所述的水催化產氫發(fā)電的方法，其特征在于，所述步驟(3)中的儲氫容器采用活性碳罐或納米碳管填料吸附器。
4.如權利要求1所述的水催化產氫發(fā)電的方法，其特征在于，所述步驟(2)中負離子粉中加入的金屬催化劑為鈷、鎳、鉬和鑰中的至少一種。
5.如權利要求1所述的水催化產氫發(fā)電的方法，其特征在于，所述步驟(2)中負離子粉中加入的金屬催化劑為鈷-鎳催化劑或鉬金-鎳催化劑。
6.如權利要求1所述的水催化產氫發(fā)電的方法，其特征在于，所述步驟(2)中的負離子粉為含有電氣石的混合材料。
7.一種實現如權利要求1所述發(fā)電方法的水催化產氫發(fā)電設備，其特征在于，包括: 用于儲存水的儲水容器； 與所述儲水容器的上端連通、用于儲存負離子粉和金屬催化劑的電解容器； 與所述電解容器連通的燃料電池或燃氫發(fā)電機。
8.如權利要求7所述的水催化產氫發(fā)電設備，其特征在于，所述電解容器與燃料電池之間還設有儲氫容器，所述電解容器的上端與所述儲氫容器連通，所述儲氫容器與所述燃料電池或燃氫發(fā)電機連通。
9.如權利要求8所述的水催化產氫發(fā)電設備，其特征在于，所述儲水容器和儲氫容器的下端均設有加熱裝置。
10.如權利要求8或9所述的水催化產氫發(fā)電設備，其特征在于，所述儲氫容器為活性碳罐或納米碳管填料吸附器。
【文檔編號】C25B1/04GK103456975SQ201210175876
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2012年5月31日 優(yōu)先權日:2012年5月31日
【發(fā)明者】夏亞沈, 歐陽艷姬, 吳自勍, 夏季沈, 歐陽坤容 申請人:佛山市順德區(qū)雷動能源科技有限公司