[發明專利]一種連續式制氫的氫電一體化裝置及其應用

有效

• 申請號: 202110316087.3
• 申請日: 2021-03-24
• 公開（公告）號: CN113061918B
• 公開（公告）日: 2022-07-26
• 發明（設計）人: 周鳳玲
• 申請（專利權）人: 東莞理工學院;世能氫電科技有限公司
• 主分類號: C25B9/30
• 分類號: C25B9/30;C25B11/02;C25B11/046;C25B15/023;C25B15/08;C25B1/04;C25B1/20;H01M8/0656;B82Y40/00;B82Y30/00
• 代理公司: 東莞恒成知識產權代理事務所(普通合伙) 44412
• 代理人: 韓丹

本發明涉及制氫裝置領域，特別是涉及一種連續式制氫的氫電一體化裝置，包括陽極、陰極、電解液，所述陽極為連續式進料金屬材料；所述陰極為析氫催化劑；所述電解液為含氯化鈉的水溶液；所述陽極、陰極、電解液參與反應，所述反應的產物為氫氧化鎂，通過過濾或沉降裝置濾除，過濾或沉降后的電解液回收重新注入參與反應；本發明提供一種連續式制氫的氫電一體化裝置，保持制氫發電性能的穩定性，可實現持續產氫發電，中途無需停機，有效節約人力和生產成本；本發明還提供一種連續式制氫的氫電一體化裝置的應用，不僅能夠發電，還能夠制備高附加值產品氫氣和納米級氫氧化鎂，實現能源的有效利用。

技術領域

本發明涉及制氫裝置領域，特別是涉及一種連續式制氫的氫電一體化裝置及其應用。

背景技術

金屬-水電池以水還原析氫反應代替傳統的金屬-溶解氧電池的陰極氧還原反應，不僅能夠發電，同時還可以有效制備氫氣，實現氫電一體化?？茖W家們先后發明了鋰-水制氫電池、鋅-水制氫電池和鋁-水制氫電池。然而目前的電池制氫系統還存在成本高、安全性低的問題，如Li-水制氫電池存在成本高及采用有機溶劑存在安全問題，鋅-水制氫電池電壓較低及其所需雙極膜價格高昂等?；顫娊饘僦?，鎂具有電極電位高，重量輕，理化性能好和加工成本低的優勢，已被應用于金屬-溶解氧海水電池的陽極材料。因此，采用鎂作為陽極，鎂水-水制氫電池具備成本低廉、對環境友好和高能量利用效率的優勢。

然而目前金屬-水電池裝置主要采用間歇式發電產氫，在實際應用中，當反應原料耗盡后需停機更換，無法滿足實際應用需求。因此需要設計制備能夠連續式產氫的金屬-水制氫電池裝置，從而實現可持續產氫發電的目的。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明提供一種連續式制氫的氫電一體化裝置，保持制氫發電性能的穩定性，可實現持續產氫發電，中途無需停機，有效節約人力和生產成本。

本發明還提供一種連續式制氫的氫電一體化裝置的應用，不僅能夠發電，還能夠制備高附加值產品氫氣和納米級氫氧化鎂，實現能源的有效利用。

本發明采用如下技術方案：

一種連續式制氫的氫電一體化裝置，包括陽極、陰極、電解液，所述陽極為連續式進料金屬材料；所述陰極為析氫催化劑；所述電解液為含氯化鈉的水溶液；所述陽極、陰極、電解液參與反應，所述反應的產物為氫氧化鎂，通過過濾或沉降裝置濾除，過濾或沉降后的電解液回收重新注入參與反應。

對上述技術方案的進一步改進為，所述連續式進料金屬材料為含鎂的金屬板或含鎂的金屬箔片中的一種。

對上述技術方案的進一步改進為，所述連續式進料金屬材料的進料速率v＝0.45αI/ρhk(厘米/小時)，其中鎂-水制氫電池電流為I(A)，連續式進料金屬材料的厚度為h(厘米),連續式進料金屬材料的寬度為k(厘米)，密度為ρ(1.7克/厘米³)，自腐蝕修正系數為α。

對上述技術方案的進一步改進為，所述自腐蝕修正系數α為1.1～2。

對上述技術方案的進一步改進為，所述連續式進料金屬材料的進料速率通過步進電機控制。

對上述技術方案的進一步改進為，所述析氫催化劑為鉑、鉑碳、鎳基催化劑、硫化鉬基催化劑中的至少一種。

對上述技術方案的進一步改進為，所述電解液為海水或含氯化鈉的中性至弱堿性的水溶液中的一種。

對上述技術方案的進一步改進為，所述電解液的氯化鈉的濃度為0.5～3mol/L，pH范圍為6～12。

對上述技術方案的進一步改進為，所述電解液添加有NH₄Cl，NH₄Cl的濃度為0.01～0.2mol/L。

對上述技術方案的進一步改進為，所述連續式制氫的氫電一體化裝置通過外接負載或蓄電設備，可以調節制氫速度和發電功率，以滿足不同應用場景的需求。