[发明专利]太阳能水电解制氢(氧)装置

说明书

本发明——太阳能水电解制氢(氧)装置，是能够有效利用间歇式能源，

主要是利用太阳能(风能和潮汐能)，太阳能经光伏电池(风能及潮汐能产生的交流电经整流)转换成直流电后，直接用来将“水”电解为二次能源——“氢”的装置。

随着我国三十年的改革开放，中国的工、农业发展都取得了举世瞩目的成就。中国是一个人口大国，又是人均资源量相对贫乏的国家。能源主要以煤和石油(化石能源)为主，会造成局域环境污染，大量二氧化碳排放会导致全球变暖。自进入21世纪以来，中国进入了工业化中期发展阶段，对能源消费量急剧增长，凸显了能源供应的安全保障，以及来自环境污染的双重压力，成为我国长期可持续发展所面临的重大挑战。

一.本发明的目的：

为了解决上述提出的具体问题，本发明的目的：是要提供一种新的，结构简单、低成本，能够实现规模化、家庭化、廉价高效的制氢装置(技术)。

二.现有水电解制氢(氧)技术所能达到的技术效果及其不足，主要存在以下三个问题：

1.电极的过保和气问题：

i.在水的电解过程中，电极(这里不分阴极和阳极)的表面会被微小的气泡(指氢氧气)所包裹，我把电解时的这种现象称之为——电极的过保和气。由于工作中的电极有过保和气的存在、阻碍了电解质溶液中的氢离子在阴极上获得电子的机会，同时也阻碍了氧离子在阳极上获得正电子(空穴)的机会，从而影响了水的电解速度，降低了效率，为了解决这个问题，现有技术的做法是：采用新的“雷尼镍合金”作为电极材料，以加快水的电解速度，提高电解效率。采用新的电极材料，固然可以收到好的效果，其缺点是：没有消减过保和气对电极产生的影响。

ii.增加电极(这里指在两隔膜之间的同一组电极)数量，以达到增大电极表面积，达到提高电解效率的目的。由于在水电解时，电极上会有连续不断的气泡析出，在浮力的作用下徐徐上升，大量上升的气泡，会对电解质溶液中的氢离子及氧离子的迁移速度造成影响，这就形成了新的矛盾——电极增加与气泡增加的矛盾，从而降低了电解速度，影响了电极的有效利用率。

2.隔膜(质子交换膜)问题：

“质子交换膜电解槽”是现有水电解技术中，最为先进的一种，它是利用薄膜“PEM膜”作为固体电解质，其机械强度和化学稳定性都很好，电解效率高达94％，这是优点，其缺点是“膜”的价格昂贵，需要用贵金属“铂”作催化剂，在50～100摄氏度，3.0～5.0MPa的压力下工作。因此成本很高，电解槽的构造及制造工艺也复杂，这是现有水电解技术不能实现规模化，家庭化制氢的主要原因。

3.增加“电极组”数量与增加“隔膜”数量带来的成本增加问题：

由于现有水电解技术，无一例外地使用了“隔膜”(包括质子交换膜)随着电集组数量的增加，必然导致“隔膜”用量的增加，使得电解槽的结构变的更复杂，增加电极组与隔膜的数量，虽然起到了加快水电解的目的，同时也大大增加了成本。

三.本发明与现有技术相比所具有的有益效果：

1.在本发明的水电解槽(以下简称电解槽)的外侧，装置电磁振动器产生的有益效果：

由于在本发明电解槽外侧部的台阶上装置了一个电磁振动器，该振动器产生的振动波：一路经电解槽传递给电极、直达极针；另一路透过电解槽、经电解质溶液传递给极针。由于振动波在固体物质和液体物质中、传播速度的差异，能促使极针上析出的微小气泡迅速脱离，在浮力的作用下迅速形成上升的气泡流。因此，较好地消减了电极的过保和气，对选择电极材料有了更宽范的余地，降低了电极材料成本，提高了电极的有效利用率，收到了好的效果。

2、用开放式塔形电解、分离、收集法产生的有益效果：