[實(shí)用新型]光伏水分解系統(tǒng)與光熱催化系統(tǒng)耦合制備有機(jī)燃料的裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201821002080.4
• 申請(qǐng)日: 2018-06-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN208627261U
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-03-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 歐陽(yáng)述昕;許華;宋立柱;陳華予
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B01J19/08
• 分類(lèi)號(hào): B01J19/08;B01J8/02;C10L3/08;C07C1/12;C07C9/04;C25B1/04;C25B9/00;C25B11/06
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專(zhuān)利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 琪琛

本實(shí)用新型公開(kāi)了一種光伏水分解系統(tǒng)與光熱催化系統(tǒng)耦合制備有機(jī)燃料的裝置，所述光伏水分解系統(tǒng)，由太陽(yáng)能電池、與太陽(yáng)能電池連接的電解槽、電解槽中的析氫和析氧催化劑電極構(gòu)成，所述光熱催化系統(tǒng)由菲涅爾透鏡、與菲涅爾透鏡相對(duì)設(shè)置的平板反應(yīng)器、平板反應(yīng)器中設(shè)置的光熱催化劑構(gòu)成，所述電解槽和平板反應(yīng)器分別通過(guò)導(dǎo)氣管路與混氣系統(tǒng)連通，混氣系統(tǒng)還與二氧化碳儲(chǔ)氣鋼瓶連接。本實(shí)用新型避免了水的還原反應(yīng)與二氧化碳還原反應(yīng)的競(jìng)爭(zhēng)，有機(jī)燃料的選擇性可獲得極大提升，以產(chǎn)出甲烷為例，選擇性可超過(guò)99％；基于硅基太陽(yáng)能電池及光熱催化劑對(duì)太陽(yáng)能的高效利用，本裝置可實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)光能到燃料的轉(zhuǎn)化效率大幅提高，最高可達(dá)8.3％。

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及太陽(yáng)能利用領(lǐng)域，特別涉及一種光伏水分解系統(tǒng)與光熱催化系統(tǒng)耦合制備有機(jī)燃料的裝置。

背景技術(shù)

目前太陽(yáng)能大規(guī)模利用主要是利用太陽(yáng)能電池發(fā)電，然而電能難于大規(guī)模存儲(chǔ)，而且附加值不高，所以光伏發(fā)電行業(yè)一直靠政府補(bǔ)貼才能持續(xù)運(yùn)作。光熱發(fā)電技術(shù)也是較為成熟的技術(shù)，其相比利用太陽(yáng)能電池直接發(fā)電的方式，初期投入成本低，但是其工作原理是太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為熱能，再轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，最后產(chǎn)生電能，能量轉(zhuǎn)化步驟多，轉(zhuǎn)化率低。而長(zhǎng)期處于基礎(chǔ)研究階段的光催化技術(shù)，其應(yīng)用的瓶頸主要是能量轉(zhuǎn)化效率低，而且還面臨催化劑成本高及壽命低等制約因素。

將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，才能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模存儲(chǔ)，也不存在輸運(yùn)過(guò)程中的損耗問(wèn)題。我們已經(jīng)公開(kāi)了“一種利用太陽(yáng)光和光熱催化劑直接轉(zhuǎn)化二氧化碳制備有機(jī)燃料的技術(shù)”(專(zhuān)利號(hào)ZL201410246792.0)，可實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能到化學(xué)能的轉(zhuǎn)變，然而這個(gè)反應(yīng)過(guò)程需要以氫氣為反應(yīng)原料。

實(shí)用新型內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的問(wèn)題，本實(shí)用新型的提供一種光伏水分解系統(tǒng)與光熱催化系統(tǒng)耦合制備有機(jī)燃料的裝置，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)中太陽(yáng)能到化學(xué)能轉(zhuǎn)化困難的問(wèn)題。

本實(shí)用新型的技術(shù)方案是：一種光伏水分解系統(tǒng)與光熱催化系統(tǒng)耦合制備有機(jī)燃料的裝置，包括光伏水分解系統(tǒng)和光熱催化系統(tǒng)，所述光伏水分解系統(tǒng)，由太陽(yáng)能電池、與太陽(yáng)能電池連接的電解槽、電解槽中的析氫和析氧催化劑電極構(gòu)成，所述光熱催化系統(tǒng)由菲涅爾透鏡、與菲涅爾透鏡相對(duì)設(shè)置的平板反應(yīng)器、平板反應(yīng)器中設(shè)置的光熱催化劑構(gòu)成，所述電解槽和平板反應(yīng)器分別通過(guò)導(dǎo)氣管路與混氣系統(tǒng)連通，混氣系統(tǒng)還與二氧化碳儲(chǔ)氣鋼瓶連接。

所述太陽(yáng)能電池為商用硅基太陽(yáng)能電池，包括單晶硅、多晶硅、非晶硅太陽(yáng)能電池。

所述電解槽由質(zhì)子交換膜將析氫、析氧催化劑電極隔開(kāi)，分別在電解槽的兩部分產(chǎn)氫、產(chǎn)氧。

所述析氫和析氧催化劑電極為商用催化劑電極，包括鉑基電極、鎳基電極、鉑鈦合金電極、氧化釕涂層鈦基電極、氧化鉭涂層鈦基電極、氧化銥涂層鈦基電極。

所述平板反應(yīng)器，其窗口為石英玻璃片，裝載催化劑的部分由玻璃、剛玉或不銹鋼材質(zhì)材料成型。

有益效果：本實(shí)用新型光伏水分解系統(tǒng)與光熱催化系統(tǒng)耦合制備有機(jī)燃料的裝置，其利用太陽(yáng)能供能、水和二氧化碳為原料，由光伏水分解系統(tǒng)中的催化劑分解水產(chǎn)生氫氣，再由光熱催化系統(tǒng)中的催化劑使氫氣和二氧化碳反應(yīng)產(chǎn)生有機(jī)燃料，采用太陽(yáng)能電池及電催化劑的光伏水分解系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)利用太陽(yáng)能供能、水和二氧化碳為原料產(chǎn)出有機(jī)燃料，實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能到化學(xué)能的轉(zhuǎn)變。

(1)避免了水的還原反應(yīng)與二氧化碳還原反應(yīng)的競(jìng)爭(zhēng)，有機(jī)燃料的選擇性可獲得極大提升，以產(chǎn)出甲烷為例，選擇性可超過(guò)99％；(2)基于硅基太陽(yáng)能電池及光熱催化劑對(duì)太陽(yáng)能的高效利用，本裝置可實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)光能到燃料的轉(zhuǎn)化效率大幅提高，最高可達(dá)8.3％。該裝置構(gòu)建光伏水分解系統(tǒng)與光熱催化系統(tǒng)所需的材料、組件大部分為商用材料，而光熱催化劑的合成較簡(jiǎn)單，因而實(shí)用性強(qiáng)。該裝置提供了一項(xiàng)利用太陽(yáng)能實(shí)現(xiàn)二氧化碳資源化利用的新技術(shù)，具有重要的工業(yè)應(yīng)用價(jià)值。

附圖說(shuō)明

圖1光伏水分解系統(tǒng)與光熱催化系統(tǒng)耦合裝置的構(gòu)造示意圖；