[发明专利]水催化产氢发电的方法及设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种对燃料电池发电的方法以及实现该方法的设备，尤其是一种利用水催化产氢对燃料电池发电的方法以及实现该方法的发电设备。

背景技术

燃料电池是很有发展前途的新的动力电源，一般以氢气、碳、甲醇、硼氢化物、煤气或天然气为燃料，作为负极，用空气中的氧气作为正极。燃料电池的活性物质（燃料和氧化剂）是在反应的同时源源不断地输入的，因此，这类电池实际上是一个能量转换装置。这类电池具有转换效率高、容量大、比能量高、功率范围广、不用充电灯优点，广泛应用于飞机、汽车、飞船、潜艇、军事、电视中转站、灯塔等各个领域。

燃料电池是利用水的电解的逆反应的“发电机”，它由正极、负极和夹在正负极中间的电解质板所组成。最初，电解质板是利用电解质渗入多孔的板而形成，现在正发展为直接使用固体的电解质。工作时向负极供给燃料（氢），向正极供给氧化剂（空气，起作用的成分为氧气）。氢在负极分解成正离子H⁺和电子e^-。氢离子进入电解液中，而电子沿外部电路移向正极，用电的负载就接在外部电路中。在正极上，空气中的氧同电解液中的氢离子吸收抵达正极上的电子形成水，这正是水的电解反应（电能+2H₂O→2H₂+O₂）的逆过程（2H₂+O₂→2H₂O+电能）。利用这个原理，燃料电池便可在工作时源源不断地向外部输电，所以也可称它为一种“发电机”。

氢氧燃料电池是以氢气作燃料，氧气作氧化剂，通过燃料的燃烧反应，将化学能转变为电能的电池。氢氧燃料电池工作时，向氢电极供应氢气，同时向氧电极供应氧气。氢、氧气在电极上的催化剂作用下，通过电解质生成水。这时，在氢电极上有多余的电子而带负电，在氧电极上由于缺少电子而带正电。接通电路后，这一类似于燃烧的反应过程就能连续进行。燃料电池的正常运转，需要持续供应氢和氧。

现有燃料电池的成本较高，系统比较复杂，其用途得到了大大的限制。究其原因，主要是氢气和氧气的制备装置复杂，难以实现，成本较高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处而提供一种易于实现、成本较低的水催化产氢发电的方法；同时，本发明还提供一种实现所述发电方法的发电设备，所述发电设备结构简单，同时有效降低了氢气制备的成本。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种水催化产氢发电的方法，

包括以下步骤：

（1）将水加热使其产生水蒸汽；

（2）将步骤（1）产生的水蒸汽通过负离子粉，所述负离子粉电解所述水

蒸气产生氢气；

（3）将步骤（2）中产生的氢气送往燃料电池或燃氢发电机发电；

其中，步骤（2）中所述的负离子粉中加入有金属催化剂。

负离子粉在金属催化剂的激励下，可以使空气中的水分子产生微弱的电解作用，产生负离子和氢气，其反应方程式为：4H₂O+4e→2H₃O₂^-+H₂。申请人选择在负离子粉中加入金属催化剂，当水加热后产生的水蒸气通过所述加入有金属催化剂的负离子粉时，水蒸气电解产生大量负离子和氢气，所产生的氢气可直接送往燃料电池进行发电。所述方法大大简化了产氢过程，使得氢气的产生易于实现，有效降低了氢气制备的成本。

作为本发明所述水催化产氢发电的方法的优选实施方式，所述步骤（3为：将步骤（2）中产生的氢气储存在储氢容器中，需要发电时，将氢气从储氢容器中排出并送往燃料电池发电。将产生的氢气先储存在储氢容器中，当需要发电时，再将储氢容器中的氢气排出并送往燃料电池或燃氢发电机发电。与直接将产生的氢气送往燃料电池或燃氢发电机发电相比，当产生的氢气较多时，此种方法可将多余的氢气暂时储存在容器中，避免了氢气的浪费，同时使燃料电池或燃氢发电机的发电更加灵活。

作为本发明所述水催化产氢发电的方法的优选实施方式，所述步骤（3）中的储氢容器采用活性碳罐或纳米碳管吸附器。选择活性碳罐或纳米碳管吸附器储存氢气，当需要发电时，对活性碳罐或纳米碳管吸附器加热，使氢气排出并送往燃料电池或燃氢发电机发电，不仅氢气的储存较方便，而且当需要发电时，氢气从所述容器中的释放也较简单。

作为本发明所述水催化产氢发电的方法的优选实施方式，所述步骤（2）中负离子粉中加入的金属催化剂为钴、镍、铂和钼中的至少一种。所述催化剂可以为一种，也可以为多种的混合物。