[发明专利]用于可持续产生氢气的连续方法

说明书

本公开提供了一种产生氢气的方法。所述方法包括通过使金属或其合金与蒸汽接触来进行热化学反应，以产生金属氧化物和/或金属氢氧化物和氢气。所述方法然后包括使在所述热化学反应中产生的所述金属氧化物和/或所述金属氢氧化物与水或碱性水溶液接触，以产生包括金属离子的溶液。最后，所述方法包括通过在阳极和阴极两端施加电压来进行电化学反应，由此所述阴极的至少一部分接触包括所述金属离子的所述溶液，以产生氢气、氧气和所述金属或所述其合金。

本发明涉及一种产生氢气的方法。在本发明的特定实施例中，所述方法可以是可持续循环过程。本发明还扩展到一种用于产生氢气的设备。

氢气是重要的能源载体并且具有替代烃类燃料以实现可持续发展的潜力。当前与烃燃料相关的能源问题，例如空气污染、气候变化和资源稀缺是探索氢气的重要动力。作为替代性燃料源，氢气具有所有燃料的最高的比能含量，并且可以用于具有有限的净大气排放或无净大气排放的燃料电池中的清洁发电，并且便于有效的能量储存。氢气可以直接用作产生更高能量效率的运输燃料，其作为技术和政治问题正受到非常有利的关注。

当前，存在若干种氢气产生的工业方法，并且这些方法是重整、光转化和电解，其已经获得突出的关注。已经讨论了所述方法的优缺点。水电解提供了用于氢气产生的最清洁的解决方案。所述水电解的优点是：(i)其产生零碳排放；(ii)其产生纯氢气，这影响燃料电池技术，所述燃料电池技术受到氢气进料中杂质的严重影响；(iii)其独立于烃资源；(iv)其可以在小型工厂中操作；以及(v)可再生能源(如光伏太阳能、风能、水力发电等)可以容易地与水电解池(water electrolysis cell)相关联以产生氢气。

水分解的电解过程在技术上是简单的，并且存在涉及水电解过程的许多技术，如碱性电解、聚合物电解质膜(PEM)和固体氧化物电解池(SOEC)。涉及电解过程的日益增长的问题是高能量需求、安装成本以及低安全性、耐久性和能量效率。一些电解槽，尤其是PEM对水的纯度是高度敏感的，在电解之前必须应用另外的水处理。因此，大量的研究努力致力于改善操作条件，包含电极和电解质的电化学活性方面，以及降低电解池的总电阻。

本发明源于发明人尝试克服与现有技术相关联的问题的工作。

根据本发明的第一方面，提供了一种产生氢气的方法，所述方法包括：

-通过使金属或其合金与蒸汽接触来进行热化学反应，以产生金属氧化物和/或金属氢氧化物和氢气；

-使在所述热化学反应中产生的所述金属氧化物和/或所述金属氢氧化物与水或碱性水溶液接触，以产生包括金属离子的溶液；以及

-通过在阳极和阴极两端施加电压来进行电化学反应，由此所述阴极的至少一部分接触包括所述金属离子的所述溶液，以产生氢气、氧气和所述金属或所述其合金。

有利地，热化学反应和电化学反应两者均产生氢气。

可以理解，电化学反应可以在热化学反应之前进行。

因此，根据第二方面，提供了一种产生氢气的方法，所述方法包括：

-使金属氧化物和/或金属氢氧化物与水或碱性水溶液接触，以产生包括金属离子的溶液；

-通过在阳极和阴极两端施加电压来进行电化学反应，由此所述阴极的至少一部分接触包括所述金属离子的所述溶液，以产生氢气、氧气和金属或其合金；以及

-通过使在所述电化学反应中产生的所述金属或所述其合金与蒸汽接触来进行热化学反应，以产生所述金属氧化物和/或所述金属氢氧化物和氢气。

所述电化学反应可以是连续或重复进行的。所述热化学反应可以是连续或重复进行的。使金属氧化物和/或金属氢氧化物与水或碱性水溶液接触以产生包括金属离子的溶液可以是连续或重复进行的。