[發(fā)明專利]基于液相吸濕的直接海水捕集制氫裝置、系統(tǒng)及方法

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• 申請日: 2021-02-25
• 公開（公告）號: CN113088995A
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 謝和平;劉濤;吳一凡;趙治宇;蘭鋮;蔣文川;王云鵬;陳彬
• 申請（專利權(quán)）人: 四川大學
• 主分類號: C25B1/042
• 分類號: C25B1/042;C25B9/23;C25B15/08
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 51214
• 代理人: 房云

本發(fā)明提供一種基于液相吸濕的直接海水捕集制氫裝置，屬于電化學制氫技術(shù)領(lǐng)域。所述裝置包括吸濕溶液層，貼附于所述吸濕溶液層兩側(cè)的防水透氣層和析氧催化層，所述裝置還包括析氫催化層以及位于所述析氧催化層和析氫催化層之間的質(zhì)子交換膜，所述析氧催化層設(shè)置有陽極電極，所述析氫催化層設(shè)置有陰極電極。本發(fā)明還提供基于液相吸濕的直接海水捕集制氫系統(tǒng)及方法。本發(fā)明裝置及系統(tǒng)能實現(xiàn)直接捕集海水獲取清潔的氫能源，在未來海上漂浮島等能源轉(zhuǎn)換體系中，能通過外置電源供電，防水透氣層貼附的吸濕溶液層直接獲取純凈無雜質(zhì)離子的水蒸氣，并利用催化電解原理制取氫氣，實現(xiàn)高效率的氫能源獲取。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電化學制氫技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種基于液相吸濕的直接海水捕集制氫裝置、系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

現(xiàn)有的制氫技術(shù)多集中在能耗較大的電解由海水淡化獲得的淡水，而難以直接電解海水，這是由于大量離子的存在影響了電解系統(tǒng)中的膜材料或電極，從而降低了電解效率。然而，地球海洋面積占據(jù)全球的70％，儲量極大，若能直接對海水進行電解，將節(jié)省大量淡化水所需的人力、物力、裝備投入和能耗，這將對制氫行業(yè)產(chǎn)生顛覆性影響。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于液相吸濕的直接海水捕集制氫裝置、系統(tǒng)及方法。本發(fā)明利用外置電源供能，通過具有高吸濕性的濃吸濕溶液直接獲取海水中的純凈水，將收集的水分子通過電解方式直接用于制氫，可以從根本上排除海水中含有的雜質(zhì)離子，有助于為氫能源的開發(fā)提供強力的技術(shù)支撐。

本發(fā)明目的通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

一種基于液相吸濕的直接海水捕集制氫裝置,包括：濃吸濕溶液層，貼附于所述濃吸濕溶液層一側(cè)的防水透氣層；稀吸濕溶液層，貼附于所述稀吸濕溶液層一側(cè)的析氧催化層；濃吸濕溶液層和稀吸濕溶液層之間的蠕動泵；所述裝置還包括析氫催化層以及位于所述析氧催化層和析氫催化層之間的質(zhì)子交換膜，所述析氧催化層設(shè)置有陽極電極，所述析氫催化層設(shè)置有陰極電極。

本發(fā)明制氫裝置中，濃吸濕溶液層由一個長方體溶液槽作為吸濕溶液的容納器皿，溶液槽一側(cè)開口與防水透氣層貼附，便于濃吸濕溶液直接與防水透氣層接觸，從而吸收海水中透過的水蒸氣。稀吸濕溶液層由濃吸濕溶液層吸濕海水中的水蒸氣后通過蠕動泵匯入獲得。稀吸濕溶液層由一個長方體溶液槽作為稀吸濕溶液的容納器皿，溶液槽一側(cè)開口與析氧催化層直接接觸并在析氧催化層上發(fā)生電解氧化反應(yīng)，產(chǎn)生氧氣。電解后，稀吸濕溶液中的水被消耗殆盡形成濃吸濕溶液，并通過蠕動泵再次回到濃吸濕溶液層中進一步吸收海水的水蒸氣形成稀吸濕溶液，從而形成往復(fù)循環(huán)。

本發(fā)明基于液相吸濕的直接海水捕集制氫裝置，通過防水透氣層貼附的濃吸濕溶液層，直接捕獲海水中的純凈水蒸氣，無需大量供能進行海水淡化，直接依靠濃吸濕溶液層對透過防水透氣層的無氯離子水蒸汽進行原位捕獲。采用防水透氣層貼近的濃吸濕溶液層直接捕集海水中純凈的水蒸氣，排除了海水中包含的雜質(zhì)離子，并通過催化電解的化學原理制備氫氣，將多種技術(shù)耦合，形成完備的直接海水捕集制氫系統(tǒng)。

本發(fā)明裝置基于催化電解海水的制氫流程如下：防水透氣層貼近濃吸濕溶液，海水與防水透氣層接觸后，水蒸氣透過防水透氣層，聚集態(tài)水及包含的氯離子等被排除在外，濃吸濕溶液層迅速捕獲水蒸氣，形成稀吸濕溶液，并通過蠕動泵匯入稀吸濕溶液層，并在析氧催化層發(fā)生氧化反應(yīng)產(chǎn)生氧氣，產(chǎn)生的氫離子通過質(zhì)子交換膜的質(zhì)子傳遞能力傳輸至析氫催化層發(fā)生還原反應(yīng)產(chǎn)生氫氣。稀吸濕溶液由于水被電解再次形成濃吸濕溶液，并通過蠕動泵匯入濃吸濕溶液層，進一步吸收海水中的水蒸氣形成稀吸濕溶液，從而形成往復(fù)循環(huán)。

本發(fā)明裝置中，防水透氣層通過只允許水蒸氣等氣體通過，而不允許聚集態(tài)水通過，防止了離子的透過，從根本上解決了海水中多雜質(zhì)離子與析氧反應(yīng)競爭的問題。防水透氣層貼附的濃吸濕溶液層，用于快速吸收無雜質(zhì)離子的水蒸氣，耦合電解制氫，可以實現(xiàn)“催化電解稀吸濕溶液中水分-稀吸濕溶液水被耗盡形成濃吸濕溶液-濃吸濕溶液進一步吸收水蒸氣形成稀吸濕溶液”的穩(wěn)定循環(huán)過程。