[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

说明书

本发明提供一种基于液相吸湿的直接海水捕集制氢装置，属于电化学制氢技术领域。所述装置包括吸湿溶液层，贴附于所述吸湿溶液层两侧的防水透气层和析氧催化层，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。本发明还提供基于液相吸湿的直接海水捕集制氢系统及方法。本发明装置及系统能实现直接捕集海水获取清洁的氢能源，在未来海上漂浮岛等能源转换体系中，能通过外置电源供电，防水透气层贴附的吸湿溶液层直接获取纯净无杂质离子的水蒸气，并利用催化电解原理制取氢气，实现高效率的氢能源获取。

技术领域

本发明属于电化学制氢技术领域，具体为一种基于液相吸湿的直接海水捕集制氢装置、系统及方法。

背景技术

现有的制氢技术多集中在能耗较大的电解由海水淡化获得的淡水，而难以直接电解海水，这是由于大量离子的存在影响了电解系统中的膜材料或电极，从而降低了电解效率。然而，地球海洋面积占据全球的70％，储量极大，若能直接对海水进行电解，将节省大量淡化水所需的人力、物力、装备投入和能耗，这将对制氢行业产生颠覆性影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于液相吸湿的直接海水捕集制氢装置、系统及方法。本发明利用外置电源供能，通过具有高吸湿性的浓吸湿溶液直接获取海水中的纯净水，将收集的水分子通过电解方式直接用于制氢，可以从根本上排除海水中含有的杂质离子，有助于为氢能源的开发提供强力的技术支撑。

本发明目的通过以下技术方案来实现：

一种基于液相吸湿的直接海水捕集制氢装置,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；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。

本发明制氢装置中，浓吸湿溶液层由一个长方体溶液槽作为吸湿溶液的容纳器皿，溶液槽一侧开口与防水透气层贴附，便于浓吸湿溶液直接与防水透气层接触，从而吸收海水中透过的水蒸气。稀吸湿溶液层由浓吸湿溶液层吸湿海水中的水蒸气后通过蠕动泵汇入获得。稀吸湿溶液层由一个长方体溶液槽作为稀吸湿溶液的容纳器皿，溶液槽一侧开口与析氧催化层直接接触并在析氧催化层上发生电解氧化反应，产生氧气。电解后，稀吸湿溶液中的水被消耗殆尽形成浓吸湿溶液，并通过蠕动泵再次回到浓吸湿溶液层中进一步吸收海水的水蒸气形成稀吸湿溶液，从而形成往复循环。

本发明基于液相吸湿的直接海水捕集制氢装置，通过防水透气层贴附的浓吸湿溶液层，直接捕获海水中的纯净水蒸气，无需大量供能进行海水淡化，直接依靠浓吸湿溶液层对透过防水透气层的无氯离子水蒸汽进行原位捕获。采用防水透气层贴近的浓吸湿溶液层直接捕集海水中纯净的水蒸气，排除了海水中包含的杂质离子，并通过催化电解的化学原理制备氢气，将多种技术耦合，形成完备的直接海水捕集制氢系统。

本发明装置基于催化电解海水的制氢流程如下：防水透气层贴近浓吸湿溶液，海水与防水透气层接触后，水蒸气透过防水透气层，聚集态水及包含的氯离子等被排除在外，浓吸湿溶液层迅速捕获水蒸气，形成稀吸湿溶液，并通过蠕动泵汇入稀吸湿溶液层，并在析氧催化层发生氧化反应产生氧气，产生的氢离子通过质子交换膜的质子传递能力传输至析氢催化层发生还原反应产生氢气。稀吸湿溶液由于水被电解再次形成浓吸湿溶液，并通过蠕动泵汇入浓吸湿溶液层，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。

本发明装置中，防水透气层通过只允许水蒸气等气体通过，而不允许聚集态水通过，防止了离子的透过，从根本上解决了海水中多杂质离子与析氧反应竞争的问题。防水透气层贴附的浓吸湿溶液层，用于快速吸收无杂质离子的水蒸气，耦合电解制氢，可以实现“催化电解稀吸湿溶液中水分-稀吸湿溶液水被耗尽形成浓吸湿溶液-浓吸湿溶液进一步吸收水蒸气形成稀吸湿溶液”的稳定循环过程。