本發(fā)明涉及能源，具體為一種太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的空氣捕水原位制氫裝置。

背景技術(shù)：

1、能源和環(huán)境的嚴(yán)峻形式，迫使世界各國(guó)加快調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，構(gòu)建低碳清潔的能源體系，全方位推進(jìn)清潔能源的使用成為未來(lái)能源發(fā)展的重要方向；太陽(yáng)能作為最常見(jiàn)的一次能源且不會(huì)造成任何污染，是構(gòu)建低碳清潔能源的重要戰(zhàn)略突破口；氫能作為未來(lái)能源界極具發(fā)展的能源，因?yàn)槠鋪?lái)源多樣、熱值高、適用于長(zhǎng)時(shí)大量存儲(chǔ)等特點(diǎn)，被視為21世紀(jì)的“終極能源”；現(xiàn)有制氫技術(shù)中存在以下技術(shù)問(wèn)題：

2、1、通過(guò)化石燃料、氯堿工業(yè)等能耗高、轉(zhuǎn)化率較低的方式進(jìn)行；

3、2、新興的生物質(zhì)制氫、太陽(yáng)能光解水制氫的方式環(huán)境友好、原料豐富，但實(shí)用性尚未得到轉(zhuǎn)化，大多存在于科研階段；

4、3、常規(guī)電解水制氫電過(guò)程需要消耗淡水，不利于在缺少淡水的內(nèi)陸地區(qū)或孤島等地區(qū)普及。若利用海水淡化裝置將海水或苦咸水凈化為淡水，則需要額外耗能并增加系統(tǒng)復(fù)雜度和成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的空氣捕水原位制氫裝置，以解決上述背景技術(shù)中提出制氫技術(shù)復(fù)雜，以及條件不成熟的問(wèn)題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的空氣捕水原位制氫裝置，包括：蓋板、設(shè)計(jì)為雙室電解池的電解槽槽體、析氧電極、析氫電極和光伏電池；

3、蓋板，包括氫氣出口和氧氣出口，所述蓋板上安裝有氫氣出口和氧氣出口；

4、電解槽槽體，包括氧氣發(fā)生腔、分隔板、氫氣發(fā)生腔和透氣疏水膜，所述電解槽槽體的內(nèi)部空腔設(shè)置有分隔板并將內(nèi)部空腔分為氧氣發(fā)生腔和氫氣發(fā)生腔，所述電解槽槽體外殼應(yīng)為多孔透氣結(jié)構(gòu)，其內(nèi)壁貼有透氣疏水膜；

5、析氧電極、析氫電極，安裝在蓋板上并延伸至電解槽槽體的內(nèi)部；

6、光伏電池，安裝在電解槽槽體的側(cè)斜板上。

7、優(yōu)選的，所述電解槽槽體材料可選用亞克力、石英玻璃、金屬合金、特氟龍材料及其他塑料等耐酸堿、耐腐蝕材料。

8、優(yōu)選的，所述光伏電池斜面角度可依據(jù)各地太陽(yáng)高度角進(jìn)行設(shè)計(jì)，也可以根據(jù)需求靈活設(shè)計(jì)。

9、優(yōu)選的，所述透氣疏水膜材料可選擇ptfe聚四氟乙烯濾膜。

10、優(yōu)選的，所述氫氣發(fā)生腔中析氫反應(yīng)可以在酸性、中性、堿性的電解液中進(jìn)行。

11、優(yōu)選的，所述酸性電解液可以為licl、libr、cacl2和hcl、h2so4、hclo4、hbr的混合溶液，所述中性電解液可以為licl、libr、cacl2和其他中性電解質(zhì)的混合液，所述堿性電解液可以為licl、libr、cacl2和lioh、naoh、koh的混合溶液。

12、優(yōu)選的，所述分隔板可以由多孔隔板或半透膜構(gòu)成。

13、優(yōu)選的，所述析氧電極材料可以選用ni，fe，co，ru，ir，rh，mn，pt，pd等金屬、合金或其氧化物。

14、優(yōu)選的，所述析氫電極材料可以選用ni，fe，co，ru，ir，rh，mn，pt，pd等金屬、合金或其氧化物。

15、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

16、1.該太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的空氣捕水原位制氫裝置，相比于傳統(tǒng)光伏發(fā)電設(shè)備，隨著陽(yáng)光直射強(qiáng)度增加與光照時(shí)間增長(zhǎng)，光伏元件表面溫度逐漸升高，發(fā)電效率由于溫度升高而降低，本裝置中電解液比熱容較大，通過(guò)熱傳導(dǎo)的方式有效降低光伏元件表面溫度，有效提升光伏發(fā)電效率。

17、2.該太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的空氣捕水原位制氫裝置，相較于傳統(tǒng)電解制氫裝置，從動(dòng)力學(xué)角度來(lái)看，電解水制氫時(shí)需要額最小分解電壓約為1.23v，溫度升高時(shí)所需分解電壓降低，裝置在低電壓時(shí)仍能夠有效制氫；從熱力學(xué)角度來(lái)看，溫度升高時(shí)，分子平均能量增大，分子運(yùn)動(dòng)速率增加，活化分子占比增加，過(guò)電位降低，反應(yīng)速率增加。

18、3.該太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的空氣捕水原位制氫裝置，從能量利用角度上看，光伏發(fā)電元件能夠吸收的太陽(yáng)光譜波段有限，余下波段的光能被浪費(fèi)，本裝置光伏電池能夠通過(guò)熱輻射的方式吸收剩余波段太陽(yáng)能，將其用于加快反應(yīng)速率，提升能量利用的方式和效率。

19、4.該太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的空氣捕水原位制氫裝置，從裝置實(shí)用性來(lái)看，本發(fā)明一種太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的空氣捕水原位制氫裝置在穩(wěn)態(tài)時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)水分子捕獲與電解的平衡，不需要人為添加電解液，在荒漠、叢林、海上、冰原等極端條件下實(shí)用性不受影響電解過(guò)程不受限于電解槽容量，裝置使用壽命長(zhǎng)。

技術(shù)特征：

1.一種太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的空氣捕水原位制氫裝置，其特征在于，包括：蓋板(1)、設(shè)計(jì)為雙室電解池的電解槽槽體(3)、析氧電極(2)、析氫電極(10)和光伏電池(4)；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的空氣捕水原位制氫裝置，其特征在于：所述電解槽槽體(3)材料可選用亞克力、石英玻璃、金屬合金、特氟龍材料及其他塑料等耐酸堿、耐腐蝕材料。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的空氣捕水原位制氫裝置，其特征在于：所述光伏電池(4)斜面角度可依據(jù)各地太陽(yáng)高度角進(jìn)行設(shè)計(jì)，也可以根據(jù)需求靈活設(shè)計(jì)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的空氣捕水原位制氫裝置，其特征在于：所述透氣疏水膜(8)材料可選擇ptfe聚四氟乙烯濾膜。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的空氣捕水原位制氫裝置，其特征在于：所述氫氣發(fā)生腔(7)中析氫反應(yīng)可以在酸性、中性、堿性的電解液中進(jìn)行。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的空氣捕水原位制氫裝置，其特征在于：所述酸性電解液可以為licl、libr、cacl2和hcl、h2so4、hclo4、hbr的混合溶液，所述中性電解液可以為licl、libr、cacl2和其他中性電解質(zhì)的混合液，所述堿性電解液可以為licl、libr、cacl2和lioh、naoh、koh的混合溶液。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的空氣捕水原位制氫裝置，其特征在于：所述分隔板(6)可以由多孔隔板或半透膜構(gòu)成。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的空氣捕水原位制氫裝置，其特征在于：所述析氧電極(2)材料可以選用ni，fe，co，ru，ir，rh，mn，pt，pd等金屬、合金或其氧化物。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的空氣捕水原位制氫裝置，其特征在于：所述析氫電極(10)材料可以選用ni，fe，co，ru，ir，rh，mn，pt，pd等金屬、合金或其氧化物。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的空氣捕水原位制氫裝置，包括：蓋板、設(shè)計(jì)為雙室電解池的電解槽槽體、析氧電極、析氫電極和光伏電池；蓋板，包括氫氣出口和氧氣出口，所述蓋板上安裝有氫氣出口和氧氣出口；電解槽槽體，包括氧氣發(fā)生腔、分隔板、氫氣發(fā)生腔和透氣疏水膜，所述電解槽槽體的內(nèi)部空腔設(shè)置有分隔板并將內(nèi)部空腔分為氧氣發(fā)生腔和氫氣發(fā)生腔。該太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的空氣捕水原位制氫裝置，從裝置實(shí)用性來(lái)看，本發(fā)明一種太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的空氣捕水原位制氫裝置在穩(wěn)態(tài)時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)水分子捕獲與電解的平衡，不需要人為添加電解液，在荒漠、叢林、海上、冰原等極端條件下實(shí)用性不受影響電解過(guò)程不受限于電解槽容量，裝置使用壽命長(zhǎng)。

技術(shù)研發(fā)人員：王宏圣,金慧
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/11/14