[发明专利]基于全钒液流氧化还原媒介分步电解水制氢的装置和方法

权利要求书

1.一种基于全钒液流氧化还原媒介分步电解水制氢的装置，其特征在于，其包括用于全钒液流电池充放电的第一隔膜电解槽、用于产氧气的第二隔膜电解槽以及用于产氢气的析氢单元；所述析氢单元为第三隔膜电解槽；第一隔膜电解槽的阳极室和第二隔膜电解槽的阴极室双向连通，第一隔膜电解槽的阴极室和第三隔膜电解槽的阳极室双向连通；其中：

第一隔膜电解槽的阳极室中的电解质为VO²⁺的酸溶液，阴极室中的电解质为V³⁺的酸

溶液；

第二隔膜电解槽的阳极室中的电解质为酸性电解质，阴极室中的电解质为第一隔膜电

解槽中阳极室电解质VO²⁺的酸溶液发生氧化反应生成的VO₂⁺溶液，第二隔膜电解槽的阴极室中的电解质发生还原反应后生成VO²⁺溶液循环回第一隔膜电解槽的阳极室中，氧气产生于第二隔膜电解槽的阳极室中；

第三隔膜电解槽的阳极室中的电解质源自第一隔膜电解槽中阴极室电解质V³⁺的酸溶

液发生还原反应生成的V²⁺溶液，第三隔膜电解槽的阳极室中的电解质发生氧化反应生成V³⁺溶液后循环回第一隔膜电解槽的阴极室中，第三隔膜电解槽的阴极室中的电解质为酸性电解质，氢气产生于第三隔膜电解槽的阴极室中。

2.一种基于全钒液流氧化还原媒介分步电解水制氢的装置，其特征在于，其包括用于全钒液流电池充放电的第一隔膜电解槽、用于产氧气的第二隔膜电解槽以及用于产氢气的析氢单元；所述析氢单元为化学催化固液反应槽；第一隔膜电解槽的阳极室和第二隔膜电解槽的阴极室双向连通，第一隔膜电解槽的阴极室和化学催化固液反应槽双向连通；其中：

第一隔膜电解槽的阳极室中的电解质为VO²⁺的酸溶液，阴极室中的电解质为V³⁺的酸

溶液；

第二隔膜电解槽的阳极室中的电解质为酸性电解质，阴极室中的电解质为第一隔膜电

解槽中阳极室电解质VO²⁺的酸溶液发生氧化反应生成的VO₂⁺溶液，第二隔膜电解槽的阴极室中的电解质发生还原反应后生成VO²⁺溶液循环回第一隔膜电解槽的阳极室中，氧气产生于第二隔膜电解槽的阳极室中；

化学催化固液反应槽中的反应溶液源自第一隔膜电解槽中阴极室电解质V³⁺的酸溶液发生还原反应生成的V²⁺溶液，化学催化固液反应槽中加入析氢催化剂催化固液化学反应，反应后的反应液循环回第一隔膜电解槽的阴极室中，氢气产生于化学催化固液反应槽中。

3.根据权利要求1或2所述的基于全钒液流氧化还原媒介分步电解水制氢的装置，其特征在于，第二隔膜电解槽中的阳极室电解质和第三隔膜电解槽中的阴极室电解质独立地选用硫酸、磷酸、甲磺酸或高氯酸，浓度为1~5mol/L，优选为3mol/L；

第一隔膜电解槽中的支持电解质选用硫酸、盐酸、磷酸或甲烷磺酸，浓度为1~5mol/L；

第一隔膜电解槽中的阴极室电解质为硫酸钒V₂(SO₄)₃，浓度为0.5~3mol/L；

第一隔膜电解槽中的阳极室电解质为硫酸氧钒VOSO₄，浓度为0.5~3mol/。

4.根据权利要求1或2所述的基于全钒液流氧化还原媒介分步电解水制氢的装置，其特征在于，第一隔膜电解槽、第二隔膜电解槽和第三隔膜电解槽的隔膜独立地选自Nafion膜、PBI膜、SPEEK膜或PAN多孔膜中的一种。

5.根据权利1或2所述的基于全钒液流氧化还原媒介分步电解水制氢的装置，其特征在于，其特征在于，第一隔膜电解槽中的阳极、阴极独立地选自石墨毡、碳毡、碳纸或碳布中的一种；第二隔膜电解槽中的阴极选自石墨毡、碳毡、碳纸或碳布中的一种，阳极为析氧催化电极；第三隔膜电解槽中的阳极选自石墨毡、碳毡、碳纸或碳布中的一种，阴极为析氢催化电极。