[發明專利]一種光催化產出的氫氣轉化為電能的裝置及其應用

在審

• 申請號: 202210174895.5
• 申請日: 2022-02-24
• 公開（公告）號: CN114843563A
• 公開（公告）日: 2022-08-02
• 發明（設計）人: 向全軍;余治晗;吳彥昭;程蕾
• 申請（專利權）人: 電子科技大學長三角研究院（湖州）
• 主分類號: H01M8/0606
• 分類號: H01M8/0606;H01M8/04858;C01B3/04
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司 11401
• 代理人: 郭美

本發明涉及一種光催化產出的氫氣轉化為電能的裝置及其應用，包括主體反應器，其由光發生器，三頸燒瓶型反應器，進、出氣導流管及磁力攪拌裝置組成，是光催化制氫的主要場所，本發明在其光催化制氫技術的基礎上改進反應器內反應液用量，將裝載1/3容量改為3/4；裝置上，出氣導流管上引入氣體流量調節閥以及氫氧燃料電池和負載，前者改善反應器內氫氣濃度不純、產量少的缺點；后者則有效控制氫氣進入氫氧燃料電池防止氫氣因為過量而從正極流失，并通過調節閥門的大小對其連接負載的功率進行調整。本發明具有裝置簡便、成本低、產氫濃度高、產出氫氣轉化為電能等優點，特別適用于光催化分解水所產出氫氣有效的轉化為電能進行運用的過程。

技術領域

本發明涉及光催化產出的氫氣轉化為電能技術領域，特別涉及一種光催化產出的氫氣轉化為電能的裝置及其應用。

背景技術

光催化分解水制氫的原理：光輻射照射在半導體光催化劑上，入射光的能量等于或大于半導體的禁帶寬度時，半導體吸收光子，體內的電子受到激發從價帶躍遷至導帶，生成的光生電子和空穴具有氧化還原能力，可將水分解成氫氣和氧氣。氫氣具有高效，清潔，對環境友好等特點，是21世紀最有前途的新能源，對與解決人類目前面臨的能源危機和環境污染有著重大意義。

氫氧燃料電池原理：其本質是氫氣與氧氣發生氧化還原反應，在催化劑的作用下，陽極的氫氣和陰極上空氣中的氧氣進行反應，氫氣在負極分解為正離子H⁺和電子e^-，氫離子進入電解液中，而電子則沿外電路移向正極形成電能。

光催化產出的氫氣轉化為電能的應用是一種具有廣闊前景的氫能應用體系：利用光解水生成的氫氣，通入氫氧燃料電池與空氣中的氧氣進行電化學反應，化學能轉化為電能，電能再運用與其他負載，且所產物不會對環境造成任何污染。目前制約該體系的研制和開發存在兩個問題：一是光催化反應器所產氫氣純度問題；二是如何控制并調節氫氣轉換為電能問題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種光催化產出的氫氣轉化為電能的裝置及其應用，以解決上述背景技術中提出的問題。

本發明提供的一種結構簡便，光能利用率高，成本低的光催化產出的氫氣轉化為電能的裝置及其應用。

為了實現上述目的，本發明提供如下技術方案：一種光催化產出的氫氣轉化為電能的裝置，包括有主體反應器，所述主體反應器由光發生器、三頸燒瓶型反應器、進氣導流管、出氣導流管及磁力攪拌裝置組成，所述三頸燒瓶型反應器下方安裝磁力攪拌裝置，所述所述三頸燒瓶型反應器一側安裝光發生器，所述三頸燒瓶型反應器內裝載有3/4體積容量的反應液、適量的半導體光催化劑以及磁轉子，所述三頸燒瓶型反應器的一側瓶口密封插入有進氣導流管，另一側瓶口通過橡膠塞封緊，所述三頸燒瓶型反應器的中間瓶口密封連接有出氣導流管，所述進氣導流管連通有氮氣輸送管，所述進氣導流管和出氣導流管上均安裝彈簧止水夾，所述出氣導流管依次連接氣體流量調節閥和氫氧燃料電池，所述氫氧燃料電池通過外電路連接負載。

反應液容量由原先技術上裝載三頸燒瓶型反應器體積至1/3改進為裝載3/4體積，增大了三頸燒瓶型反應器內部壓強，使產出的氫氣能夠順利進入氫氧燃料電池。

作為優選，所述光發生器為高壓汞燈或高壓氙燈。光發生器可根據三頸燒瓶型反應器內部放置的半導體光催化劑和反應液的差異進行調整。

作為優選，所述光發生器與三頸燒瓶型反應器相距2～6cm，所述光發生器的光源照射范圍與三頸燒瓶型反應器的等效球面積之比為1.1～1.5。為了使光源利用率得到最大化，將光發生器與三頸燒瓶型反應器設置成處于同一水平線。

作為優選，所述進氣導流管的插入長度與三頸燒瓶型反應器直徑之比為0.35～0.85，所述出氣導流管的插入長度與三頸燒瓶型反應器高度之比為0.05～0.25。出氣導流管管口不能伸入反應液內，防止反應液通過出氣導流管溢出。

作為優選，所述三頸燒瓶型反應器的三瓶口處均使用Parafilm封口膜密封。