[发明专利]基于液相吸湿的直接海水捕集制氢装置、系统及方法

权利要求书

1.一种基于液相吸湿的直接海水捕集制氢装置,其特征在于，包括：浓吸湿溶液层，贴附于所述浓吸湿溶液层一侧的防水透气层；稀吸湿溶液层，贴附于所述稀吸湿溶液层一侧的析氧催化层；所述浓吸湿溶液层和稀吸湿溶液层之间的蠕动泵；所述装置还包括析氢催化层以及位于所述析氧催化层和析氢催化层之间的质子交换膜，所述析氧催化层设置有阳极电极，所述析氢催化层设置有阴极电极。

2.如权利要求1所述一种基于液相吸湿的直接海水捕集制氢装置，其特征在于，所述析氧催化层设置的阳极电极可以采用包裹的方式埋设在析氧催化层内部，也可以设置在析氧催化层和稀吸湿溶液之间。

3.如权利要求1所述一种基于液相吸湿的直接海水捕集制氢装置，其特征在于，所述析氢催化层设置的阴极电极可以采用包裹的方式埋设在析氢催化层内部，也可以设置在析氢催化层的外侧。

4.如权利要求1所述一种基于液相吸湿的直接海水捕集制氢装置,其特征在于，所述防水透气层为孔径为0.1～100um的PTFE膜、TPU膜、PDMS中的一种或石墨烯、PVDF颗粒、PTFE颗粒通过喷涂、丝网印刷、静电吸附制备的多孔防水透气层。

5.如权利要求1所述一种基于液相吸湿的直接海水捕集制氢装置,其特征在于，所述浓吸湿溶液层为吸湿性浓硫酸、丙三醇中的一种，浓度为95％以上。

6.如权利要求1所述一种基于液相吸湿的直接海水捕集制氢装置,其特征在于，所述析氢催化层为非贵金属合金，非贵金属磷化物，非贵金属氮化物，贵金属合金催化剂，碳中的一种或几种的组合；所述析氧催化层为铱碳，钌碳，NiFe-LDH，NiFeCu合金，氧化铱，氧化钌，铂碳催化剂中的一种。

7.如权利要求1所述一种基于液相吸湿的直接海水捕集制氢装置,其特征在于，所述阳极电极为具有气体扩散性的碳纸，所述阴极电极为具有气体扩散性的碳纸。

8.如权利要求1所述一种基于液相吸湿的直接海水捕集制氢装置,其特征在于，所述质子交换膜为nafion膜。

9.一种基于液相吸湿的直接海水捕集制氢系统,其特征在于，所述系统包括权利要求1至8任一项所述的装置，与阳极电极和阴极电极连接为制氢反应提供电能的外置电源，与析氢催化层依次连通的氢气洗涤器，氢气干燥器以及氢气收集瓶，以及与析氧催化层依次连通的氧气洗涤器，氧气干燥器和氧气收集瓶。

10.一种基于液相吸湿的直接海水捕集制氢方法,其特征在于，所述方法采用权利要求9所述的系统进行氢气的制备，包括：

外置电源与阴极电极和阳极电极连接，用于为制氢反应提供电能；

防水透气层贴近浓吸湿溶液层，并直接与海水接触，使海水水蒸气直接扩散通过防水透气层，浓吸湿溶液层直接吸收从防水透气层中扩散的水蒸气形成稀吸湿溶液，并通过蠕动泵进入稀吸湿溶液层，稀吸湿溶液在析氧催化层表面发生析氧反应；稀吸湿溶液中的水分被电解后形成浓吸湿溶液，并通过蠕动泵进入浓吸湿溶液层，进一步吸收海水中的水蒸气形成稀吸湿溶液，从而形成往复循环；

析氧反应产生的氧气经过氧气洗涤器和氧气干燥器后进入氧气收集瓶，产生的H⁺透过质子交换膜来到析氢催化层，发生还原反应产生氢气；

产出的氢气经氢气洗涤器和氢气干燥器，脱出氢气中夹带的水汽后进入氢气收集瓶，进行储存和下一步利用。