本技術(shù)涉及電化學(xué)領(lǐng)域，更為具體的，涉及一種相變傳質(zhì)增強(qiáng)的非純水溶液直接電解制氫系統(tǒng)000。

背景技術(shù)：

1、氫能具有來(lái)源廣、可儲(chǔ)存、用途多、零碳零污染及能量密度大等優(yōu)勢(shì)，是未來(lái)能源領(lǐng)域的關(guān)鍵組成部分。目前電解水獲取氫能有兩種。其一是直接利用自然界的海水、河水或湖水等，以海水電解制氫為例，其存在以下問(wèn)題：(1)海水成分復(fù)雜，且組分會(huì)隨季節(jié)、氣候、溫度、地域和人為活動(dòng)等因素而變化，因此，不同區(qū)域的海水直接制氫電解裝置不能直接兼容；(2)海水中cl-含量最高，在電解反應(yīng)中，cl-可以在析氧反應(yīng)中被氧化，產(chǎn)生有毒、對(duì)環(huán)境有害、有腐蝕的clo-和cl2；(3)海水直接制氫時(shí)h+和oh-離子濃度微小，或緩沖分子無(wú)法運(yùn)輸分別在陰極和陽(yáng)極的oh-和h+，導(dǎo)致電解效率低，因此需要額外使用添加劑或使用離子交換膜，從而成本大幅增加，同時(shí)交換膜對(duì)雜質(zhì)敏感程度高，可能存在失活或維護(hù)成本；(4)由于電解時(shí)的局部ph差異可能導(dǎo)致與鈣鎂離子等產(chǎn)生沉淀，需要使用酸進(jìn)行沉淀處理，產(chǎn)生額外成本。其二是將各種水溶液進(jìn)行淡化處理，制取純水并用于電解槽。仍然以海水為例，需通過(guò)海水淡化過(guò)程，該方法需要在海岸建立海水淡化廠，從建設(shè)、運(yùn)營(yíng)、人力、維護(hù)等方面大幅提升成本；且難以大規(guī)模利用海上風(fēng)電耦合形成原位一體化綠氫生產(chǎn)體系，實(shí)現(xiàn)可再生能源的穩(wěn)定儲(chǔ)存。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種相變傳質(zhì)增強(qiáng)的非純水溶液直接電解制氫系統(tǒng)，電解能耗將與工業(yè)電解純凈水制氫能耗相當(dāng)，無(wú)需額外的淡化/凈化非純水溶液的能耗，可將電解過(guò)程中產(chǎn)生的大量余熱用于增強(qiáng)自身系統(tǒng)的相變傳質(zhì)過(guò)程，使在更小空間下獲取更多的純凈水分，同時(shí)余熱可進(jìn)一步蒸發(fā)非純水溶液用于獲取純凈液態(tài)水資源。

2、本實(shí)用新型的目的是通過(guò)以下方案實(shí)現(xiàn)的：

3、一種相變傳質(zhì)增強(qiáng)的非純水溶液直接電解制氫系統(tǒng)，包括：

4、非純水溶液制氫子系統(tǒng)和相變傳質(zhì)增強(qiáng)子系統(tǒng)，非純水溶液制氫子系統(tǒng)與相變傳質(zhì)增強(qiáng)子系統(tǒng)連接；所述相變傳質(zhì)增強(qiáng)子系統(tǒng)包括非純水溶液保溫艙，在非純水溶液保溫艙內(nèi)部設(shè)置有非純水溶液傳質(zhì)器，在非純水溶液保溫艙上設(shè)置有非純水溶液進(jìn)口、非純水溶液出口和純凈水蒸氣出口；所述非純水溶液進(jìn)口連接有閥門一，所述非純水溶液出口連接有閥門二；所述非純水溶液傳質(zhì)器包括非純水溶液傳質(zhì)單元a1～an，非純水溶液傳質(zhì)單元a1～an表面貼附防水透氣層。

5、進(jìn)一步地，所述非純水溶液保溫艙設(shè)置有保溫層。

6、進(jìn)一步地，所述保溫層包括設(shè)置為真空夾層結(jié)構(gòu)或直接在壁面上涂敷保溫涂料。

7、進(jìn)一步地，所述非純水溶液傳質(zhì)單元a1～an中的每個(gè)傳質(zhì)單元的結(jié)構(gòu)為板式或中空纖維式。

8、進(jìn)一步地，所述防水透氣層包括多孔tpu膜、pdms膜和ptfe膜中的任一種。

9、進(jìn)一步地，所述防水透氣層包括利用石墨烯、pvdf顆粒、ptfe顆粒并通過(guò)噴涂、絲網(wǎng)印刷、靜電吸附制備的多孔防水透氣傳質(zhì)層。

10、進(jìn)一步地，所述非純水溶液保溫艙包括由316l不銹鋼耐腐蝕材料制成的非純水溶液保溫艙。

11、進(jìn)一步地，所述非純水溶液保溫艙的形狀包括圓柱形和方形。

12、進(jìn)一步地，所述非純水溶液包括海水、鹽湖水、化工用水、河水、湖水、廢水、沼澤水、生活污水和礦井水中的任一種。

13、本實(shí)用新型的有益效果包括：

14、本實(shí)用新型基于新發(fā)現(xiàn)的原理提供了一種將供能模塊、電解制氫模塊、氫氣收集模塊、氧氣收集模塊、非純水溶液傳質(zhì)模塊、非純水溶液保溫模塊、冷卻模塊集成的非純水溶液直接電解制氫系統(tǒng)，形成的新型非純水溶液直接電解制氫工藝系統(tǒng)。

15、本實(shí)用新型構(gòu)建的相變傳質(zhì)增強(qiáng)的非純水溶液直接電解制氫系統(tǒng)，具有以下功能：1)可以通過(guò)電解質(zhì)直接從海水、河水、湖水、淤泥、沼澤等各種非純凈水中獲取純凈水用于制氫；2)同時(shí)電解產(chǎn)生的余熱將非純水溶液升溫，增強(qiáng)非純水溶液與電解質(zhì)之間傳質(zhì)速率，使得在更小傳質(zhì)空間下讓電解系統(tǒng)獲得更多用于制氫的純凈水；3)系統(tǒng)產(chǎn)生的多余熱量與非純水溶液發(fā)生交換，為系統(tǒng)提供穩(wěn)定溫度的作用；4)同時(shí)非純水溶液發(fā)生熱量交換升溫后，會(huì)進(jìn)一步揮發(fā)，產(chǎn)生純凈的水蒸氣，可以收集獲得純凈水。

16、本實(shí)用新型從根本上解決了離子成分復(fù)雜使離子交換膜失效、催化劑失活、產(chǎn)生堿性沉淀和有毒氣體的問(wèn)題；同時(shí)可利用非純水溶液與電解液之間的熱量交換將電解系統(tǒng)的余熱進(jìn)行有效利用，在系統(tǒng)中起到增強(qiáng)非純水溶液相變傳質(zhì)和維持電解液溫度的作用；同時(shí)，有助于未來(lái)氫能源轉(zhuǎn)化不受時(shí)空限制，為非純水溶液的直接制氫提供強(qiáng)有力技術(shù)支撐；以及在沿海地區(qū)或海洋中生產(chǎn)氫氣時(shí)，產(chǎn)生高純氫氣的同時(shí)聯(lián)產(chǎn)純凈水資源。

技術(shù)特征：

1.一種相變傳質(zhì)增強(qiáng)的非純水溶液直接電解制氫系統(tǒng)，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的相變傳質(zhì)增強(qiáng)的非純水溶液直接電解制氫系統(tǒng)，其特征在于，所述非純水溶液保溫艙(17)設(shè)置有保溫層。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的相變傳質(zhì)增強(qiáng)的非純水溶液直接電解制氫系統(tǒng)，其特征在于，所述保溫層包括設(shè)置為真空夾層結(jié)構(gòu)或直接在壁面上涂敷保溫涂料。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的相變傳質(zhì)增強(qiáng)的非純水溶液直接電解制氫系統(tǒng)，其特征在于，所述非純水溶液傳質(zhì)單元a1～an中的每個(gè)傳質(zhì)單元的結(jié)構(gòu)為板式或中空纖維式。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的相變傳質(zhì)增強(qiáng)的非純水溶液直接電解制氫系統(tǒng)，其特征在于，所述防水透氣層包括多孔tpu膜、pdms膜和ptfe膜中的任一種。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的相變傳質(zhì)增強(qiáng)的非純水溶液直接電解制氫系統(tǒng)，其特征在于，所述防水透氣層包括利用石墨烯、pvdf顆粒、ptfe顆粒并通過(guò)噴涂、絲網(wǎng)印刷、靜電吸附制備的多孔防水透氣傳質(zhì)層。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的相變傳質(zhì)增強(qiáng)的非純水溶液直接電解制氫系統(tǒng)，其特征在于，所述非純水溶液保溫艙(17)包括由316l不銹鋼耐腐蝕材料制成的非純水溶液保溫艙。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的相變傳質(zhì)增強(qiáng)的非純水溶液直接電解制氫系統(tǒng)，其特征在于，所述非純水溶液保溫艙(17)的形狀包括圓柱形和方形。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的相變傳質(zhì)增強(qiáng)的非純水溶液直接電解制氫系統(tǒng)，其特征在于，所述非純水溶液包括海水、鹽湖水、化工用水、河水、湖水、廢水、沼澤水、生活污水和礦井水中的任一種。

技術(shù)總結(jié)
本技術(shù)公開(kāi)了一種相變傳質(zhì)增強(qiáng)的非純水溶液直接電解制氫系統(tǒng)，屬于電化學(xué)領(lǐng)域，包括非純水溶液制氫子系統(tǒng)和相變傳質(zhì)增強(qiáng)子系統(tǒng)，非純水溶液制氫子系統(tǒng)與相變傳質(zhì)增強(qiáng)子系統(tǒng)連接，在相變傳質(zhì)增強(qiáng)子系統(tǒng)的非純水溶液保溫艙內(nèi)部設(shè)置有非純水溶液傳質(zhì)器，在非純水溶液保溫艙上設(shè)置有非純水溶液進(jìn)口、非純水溶液出口和純凈水蒸氣出口；非純水溶液進(jìn)口連接有閥門一，非純水溶液出口連接有閥門二；非純水溶液傳質(zhì)器包括非純水溶液傳質(zhì)單元，非純水溶液傳質(zhì)單元表面貼附防水透氣層。本技術(shù)可在更小空間下獲取更多的純凈水分，同時(shí)余熱可進(jìn)一步蒸發(fā)非純水溶液用于獲取純凈是液態(tài)水資源。

技術(shù)研發(fā)人員：趙治宇,謝和平,劉濤,吳岳,唐文彬,吳一凡,蘭鋮,蔣文川
受保護(hù)的技術(shù)使用者：四川大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：20231207
技術(shù)公布日：2024/12/19