[发明专利]一种高效、低成本分布式电解甲醇制绿氢装置

说明书

本发明提供了一种高效、低成本分布式电解甲醇制绿氢装置，以非贵金属氧化物材料作为电极，电解液采用甲醇水溶液，隔膜可以拆卸，且无需隔膜即可产生高纯氢气，产生的氢气纯度高，不含CO杂质，无需后接提纯和二次处理装置。本发明可实现氢气的即产即用，摒弃高压储氢罐，降低制氢成本，减少碳排放，解决现有的氢能制、储、运、用等痛点问题。

技术领域

本发明属于氢能源领域的电解制氢领域，更具体地，涉及一种高效低成本的电解甲醇制绿氢技术及其电解系统。

背景技术

受能源危机的影响，清洁可再生的新能源技术备受关注。其中，氢能具有来源广泛、燃烧热值高、清洁无污染、可储存等特点，全世界越来越多的国家开始积极推动氢能产业的发展。中国能源转型委员会预测，全球氢能需求有望从2019年1.15亿吨上升至 2050年10亿吨，产业链年产值超过20万亿。

目前国内约96％的氢气来自化石能源(煤、天然气)制氢(制取的为灰氢、蓝氢)，但化石能源具有高碳排、不可循环和不可持续性，且氢产物中往往伴随有一氧化碳等杂质气体，使分离提纯过程更为复杂。通过电解水制氢(制取的为绿氢)仅占不到4％，该方法耗电成本高(约占总成本80％)、设备复杂，从经济性考虑无法推广。目前亟待开发一种低成本、可持续的制绿氢技术。此外，氢气的储存和运输也存在诸多难题。高压气态储氢单位体积储氢量小，安全性差，储氢罐成本昂贵，氢气压缩机、加注机等核心装备依赖进口；低温液态储氢液化和运输过程能耗大，液化成本高。目前尚缺乏一种安全、便捷、低成本的储运技术。目前，也有学者尝试通过含氧有机生物质小分子重整来制取氢气，此类在线制氢技术大多需要采用贵金属催化剂，而且含碳的有机生物质小分子在催化转化中容易产生CO，对严重毒化商用Pt/C催化剂，不利于大规模运用。开发一种低成本、低碳排、高纯度的制氢技术及安全、便捷的氢气储运和使用技术是氢能大规模运用的关键。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种新型高效低成本电解甲醇制绿氢技术，旨在实现氢气的即产即用，摒弃高压储氢罐，降低制氢成本，减少碳排放，解决现有的氢能制、储、运、用等痛点问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种高效、低成本分布式电解甲醇制绿氢装置。所述装置包括电极和电解液，所述的电极材料包括过渡族非贵金属氧化物材料，电解液为甲醇水溶液。

优选的，阴极和阳极电极材料相同。

优选的，所述的电极材料包括Fe、Co、Ni中任意两种金属的氧化物按摩尔比1:1进行组合。

优选的，所述装置还包括隔膜，所述的隔膜位于装置中央，并且可以拆卸。需要氢气纯度达到99.9999％时安装隔膜，采用双室电解槽。需要氢气纯度为99.99％及以下时，去除隔膜，采用单室电解槽电解。

优选的，电解液中甲醇的浓度为0.5-5mol L^-1。

优选的，所述的电极由所述的过渡族非贵金属氧化物材料涂敷在金属基板上制成。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比能够取得下列有益效果：

1、本发明的制绿氢装置可室温运行，氢气即产即用，无需高压储氢罐存储。

2、本发明的制绿氢装置无需使用贵金属催化剂，同时产氢能耗更低，制氢成本与商业电解水制氢相比大幅降低。

3、按照本发明的制绿氢技术与传统的煤和天然气制氢相比，具有零碳排放、绿色可持续的制氢特点。

4、电解质溶液采用甲醇水溶液替代常用的KOH溶液。甲醇水溶液成本更低，电解效率更高。且甲醇电化学氧化代替氧析出反应，阳极没有氧气和CO气体产生，无需进一步提纯和分离即可获得高纯氢气。阳极甲醇氧化反应过电位更低，达到相同电流所需电压更小，因而整个系统电解过程能量损耗更少，产氢效率更高。