[發(fā)明專利]氫氣產(chǎn)生裝置和氫氣產(chǎn)生方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201080054584.0
• 申請日: 2010-06-25
• 公開（公告）號: CN102639433A
• 公開（公告）日: 2012-08-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吉田章人;佐多俊輔;加賀正樹
• 申請（專利權(quán)）人: 夏普株式會(huì)社
• 主分類號: C01B3/04
• 分類號: C01B3/04;C01B13/02;C25B1/04;C25B9/00
• 代理公司: 中原信達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11219
• 代理人: 戚傳江;穆德駿

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及氫氣產(chǎn)生裝置和用于產(chǎn)生氫氣的方法。

背景技術(shù)

近來，預(yù)期鑒于化石燃料資源的窮盡和全球溫室氣體的排放限制而使用可再生能量。從各種資源產(chǎn)生可再生能量，所述各種資源例如是日光、水力發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、地?zé)帷⒊毕l(fā)電和生物量，其中，因?yàn)槿展馀c其他可再生能源相比在可利用能量上量大并且在地理限制上較小，所以預(yù)期開發(fā)用于從日光有效地產(chǎn)生可利用能量并且變得在早期被廣泛使用的技術(shù)。

從日光產(chǎn)生的可利用能量包括由太陽能電池或太陽能熱渦輪產(chǎn)生的電能、通過向熱介質(zhì)收集太陽能而產(chǎn)生的熱能和通過使用日光還原物質(zhì)而產(chǎn)生的可存儲(chǔ)燃料能量，該可存儲(chǔ)燃料能量例如是液體燃料或氫氣。雖然許多太陽能電池技術(shù)和太陽能熱利用技術(shù)已經(jīng)被投入實(shí)用，但是這些技術(shù)正在被開發(fā)以改善，因?yàn)槟芰坷眯嗜匀惠^低，并且用于產(chǎn)生電和熱的成本仍然較高。此外，雖然以電和熱等的形式的能量可以用于補(bǔ)充短期能量波動(dòng)，但是存在下述問題：很難補(bǔ)充諸如季節(jié)波動(dòng)的長期波動(dòng)，并且可以因?yàn)樵谀芰可系脑龃蠖档碗娫丛O(shè)施的運(yùn)行率。同時(shí)，將能量存儲(chǔ)為諸如液體燃料或氫氣的物質(zhì)作為用于有效地補(bǔ)充長期波動(dòng)并且改善電源設(shè)施的運(yùn)行率的技術(shù)極其重要，并且，就是該不可缺少的技術(shù)最大地增強(qiáng)能量使用效率并且徹底地減少在未來的二氧化碳排放量。

可存儲(chǔ)的燃料可以大體被劃分為下述形式：諸如烴的液體燃料、諸如生物氣或氫氣的氣體燃料和諸如生物量得出的木屑顆粒或由日光還原的金屬的固態(tài)燃料。這些形式的每一個(gè)具有好和差點(diǎn)，使得液體燃料在基礎(chǔ)架構(gòu)構(gòu)造的容易性和能量密度上有益，諸如氫氣的氣體燃料在使用燃料電池的總的使用效率改善上有益，固體燃料在可存儲(chǔ)性和能量密度上有益，其中，用于通過日光分解水的氫氣產(chǎn)生技術(shù)特別吸引關(guān)注，因?yàn)槿菀撰@得的水可以被用作原材料。

用于使用太陽能和作為原材料的水來產(chǎn)生氫氣的方法包括：光解方法，其中，在諸如氧化鈦的光催化劑上負(fù)載鉑，該材料被置于水內(nèi)，并且通過光照射來在半導(dǎo)體中分離電荷，并且還原質(zhì)子，并且在電解液中氧化水；熱解方法，其中，通過使用在高溫燃?xì)鉅t中的熱能來在高溫下將水直接地?zé)峤猓蛘咄ㄟ^結(jié)合金屬氧化還原劑而間接熱解水；生物方法，其利用使用光的諸如藻類的微生物的新陳代謝；水電解方法，其中，由太陽能電池產(chǎn)生的電力與用于水電解的氫氣產(chǎn)生裝置組合；以及，光生伏打方法，其中，在太陽能電池中使用的光電轉(zhuǎn)換材料上負(fù)載氫氣產(chǎn)生催化劑和氧氣產(chǎn)生催化劑，并且，在通過光電轉(zhuǎn)換提供的電子和空穴的反應(yīng)中使用氫氣產(chǎn)生催化劑和氧氣產(chǎn)生催化劑。其中，光解方法、生物方法和光生伏打方法被看作有可能通過集成光電轉(zhuǎn)換部分和氫氣產(chǎn)生部分來產(chǎn)生小尺寸氫氣產(chǎn)生裝置，但是相信光生伏打方法是鑒于來自日光的能量的轉(zhuǎn)換效率而實(shí)際使用的最可能技術(shù)之一。

已經(jīng)公開了氫氣產(chǎn)生裝置的示例，其中，通過光解方法或光生伏打方法將光電轉(zhuǎn)換與氫氣產(chǎn)生整合。關(guān)于光解方法，專利文件1公開了使用氧化鈦光催化電極、鉑電極和碘或鐵的氧化還原的裝置，所述氧化鈦光催化電極吸收釕絡(luò)合物。此外，專利文件2通過下述方式來使用集成結(jié)構(gòu)：將兩個(gè)光催化層串聯(lián)，連接鉑對電極，并且在其間夾著離子交換膜。同時(shí)，關(guān)于光生伏打方法，公開了氫氣產(chǎn)生裝置的概念，該氫氣產(chǎn)生裝置集成地具有光電轉(zhuǎn)換部分、氫氣產(chǎn)生部分和氧氣產(chǎn)生部分（非專利文件1）。根據(jù)該文，通過光電轉(zhuǎn)換部分來執(zhí)行電荷分離，并且，通過使用分別與氫氣產(chǎn)生和氧氣產(chǎn)生對應(yīng)的催化劑來執(zhí)行氫氣產(chǎn)生和氧氣產(chǎn)生。光電轉(zhuǎn)換部分由在太陽能電池中使用的材料構(gòu)成。例如，根據(jù)非專利文件2，在對于三個(gè)硅p-i-n層執(zhí)行電荷分離后，通過鉑催化劑來進(jìn)行氫氣產(chǎn)生，并且通過氧化釕來進(jìn)行氧氣產(chǎn)生。同時(shí)，根據(jù)專利文件3和非專利文件3，通過下述方式來產(chǎn)生一體的氫氣產(chǎn)生裝置：將氫氣產(chǎn)生催化劑（NiFeO）和三個(gè)硅p-i-n層并行地層疊在襯底上，并且在硅層上負(fù)載氧氣產(chǎn)生催化劑（Co-Mo）。

現(xiàn)有技術(shù)文件

專利文件

專利文件1：日本未審查專利公開2006-89336

專利文件2：日本未審查專利公開2004-504934

專利文件3：日本未審查專利公開2003-288955

專利文件4：日本未審查專利公開2004-197167

非專利文件

非專利文件1：Proceedings?of?the?National?Academy?of?Sciences?of?the?United?States?ofAmerica，2006，43卷，15729至15735頁

非專利文件2：Applied?Physics?Letters，1989，55卷，386至387頁