[发明专利]一种有机物直接燃料电池与电解制氢耦合的系统

说明书

本发明涉及一种有机物直接燃料电池与电解制氢耦合的系统，其特征在于：该系统采用氧化还原电对作为催化剂和电荷载体，主要由催化降解单元、直接燃料电池、电解制氢单元和氢气纯化收集单元构成。采用氧化还原电对为催化剂，有机物在加热或光照与氧化态物质同时作用下发生氧化降解，释放出氢质子和电子；降解后的部分混合液在燃料电池内发生电化学反应，有机物储存的化学能转化为电能，部分用于有机物催化降解和电解制氢，其余外供；另一部分混合液进入电解制氢单元，经电化学过程制备氢气，经纯化、收集并储存。本发明将有机物直接燃料电池与电解制氢集成在同一系统内，同时实现高效清洁发电和制备高纯氢气的目的。

技术领域

本发明属于氢能与燃料电池技术领域，具体涉及一种有机物直接燃料电池与电解制氢耦合的系统。

背景技术

随着煤、石油、天然气等化石燃料短缺和环境污染问题日益加剧，可再生能源的开发和利用受到国内外普遍重视。我国于2005年颁布了《可再生能源法》，以促进可再生能源产业的发展，2007年发布的《中国的能源状况与政策》白皮书将可再生能源列为我国能源优先发展的领域。

生物质资源是一种来源广泛、成本低廉的可再生资源。我国生物质资源储量丰富，总量每年约为4.6亿吨标准煤。但受现有利用方法限制，我国生物质利用效率低下，年利用率仅约为7.6％。

与传统发电技术相比，燃料电池具有能量转化效率高和清洁无污染等特点，是一种非常有前景的高效清洁发电技术。

中国专利公开号为CN107342432A的一种农业废弃物燃料电池提出了一种以生物质为原料的直接燃料电池技术。

氢能作为一种新的含能体能源，具有来源广泛、能量密度高、清洁无污染等优点，已成为推动我国能源结构转型，构建清洁低碳、高效安全现代能源体系和实现新能源汽车战略的重要手段。

中国专利公开号为CN109355672A的一种有机物电解制氢的方法，提出了一种以生物质等有机物为原料的直接电解制氢技术。

发明内容

本发明将有机物催化降解、燃料电池、电解制氢和氢气纯化收集技术有机结合，提出了一种有机物直接燃料电池与电解制氢耦合的系统，可同时实现高效清洁发电或制备高纯氢气的目的。

本发明的技术路线是：采用氧化还原电对作为催化剂，有机物在加热或光照与氧化态物质同时作用下发生氧化降解，释放出氢质子和电子；降解后的部分混合液进入燃料电池阳极侧，电子以还原态物质为载体，经外电路转移至阴极侧，氢质子通过质子交换膜与阴极侧产生的氧离子结合生成水；通过上述电化学过程，有机物内的化学能转化为电能，部分用于有机物催化降解和电解制氢，其余外供；另一部分混合液进入电解制氢单元阳极侧，电子经外电路转移至阴极侧，氢质子在外加电场作用下通过质子交换膜，在阴极侧得到电子生成氢气，经纯化、收集并储存。通过上述工艺过程，实现以有机物为原料高效清洁发电，同时制备高纯氢气的目的。

一种有机物直接燃料电池与电解制氢耦合的系统，主要由催化降解单元、直接燃料电池、电解制氢单元和氢气纯化收集单元构成。

所述直接燃料电池与电解制氢单元可采用同一或两个独立的催化降解单元。

所述催化降解单元包括2套相同的催化降解装置，分别由反应釜、给料机、搅拌器及对应阀门组成。

所述催化降解装置是有机物发生催化氧化反应的场所。在氧化态物质作用下，有机物在加热或光照或加热和光照同时作用下发生氧化降解反应，释放出氢质子和电子。

所述催化降解装置运行温度在80-200℃之间。

所述催化降解单元中两套催化降解装置交替运行，为直接燃料电池和电解制氢单元连续地供给组成稳定的阳极液，保证整个系统连续稳定运行。