[发明专利]一种光伏驱动的分步式氢-氧-电联产的装置与方法

说明书

本发明公开一种光伏驱动的分步式氢‑氧‑电联产的装置与方法，装置包括光伏电池单元、全自动控制单元和电解池单元；所述水系电池单元设置在产氢电解池和产氧电解池之间；所述产氢电解池和所述产氧电解池被离子交换膜分隔开，不共用电解环境液。本发明所述装置能够实现光伏驱动下，清洁、高效、全自动地控制分步电解水，以实现氢气、氧气在不同空间和时间上的分步制取；同时耦合水系电池单元，能够对产氢和产氧过程中存储的能量进行释放，实现了化学能转化为电能的高效产出。这种光驱动下的全自动控制氢‑氧‑电联产装置，实现了对能源的二次转换和有效利用，提高了清洁能源的转化效率。

技术领域

本发明涉及电解水制氢技术领域，具体涉及一种光伏驱动的分步式氢-氧-电联产的装置与方法。

背景技术

氢能具有质量能量密度高、环境友好、无碳排放等的优点，是实现碳中和目标的关键。利用可再生能源的电解制氢技术是实现氢能制取的重要方式。除了氢气以外，氧气在炼油、炼钢、煤制气等工业领域也需求广泛。利用光伏技术可以将可再生的太阳能转换为电能用于驱动电化学水分解反应，实现零碳排放的氢气/氧气的制取。

然而，传统的电解水方式在单个腔室中发生会导致生产氢气和氧气不纯，容易产生具有爆炸性危害的混合物，需要增加额外的气体纯化步骤。

发明内容

为解决现有技术存在的问题，本发明提供一种光伏驱动的分步式氢-氧-电联产装置与方法。本发明整个装置由清洁能源太阳能驱动，利用自动化装置连接，实现了高效、节能、全自动的氢-氧-电联产，使得总体太阳能转化效率得到提高。

为了实现上述目的，本发明提供了如下的技术方案。

一种光伏驱动的分步式氢-氧-电联产的装置，包括光伏电池单元、全自动控制单元和电解池单元；所述光伏电池单元与全自动控制单元连接用于控制电解池单元；

所述电解池单元包括壳体及设置在壳体内的产氢电解池、产氧电解池及水系电池单元，水系电池单元设置在产氢电解池和产氧电解池之间；所述产氢电解池包括:析氢电极、水系电池正极和产氢电解液；所述产氧电解池包括:析氧电极、水系电池负极和产氧电解液；所述水系电池单元包括：包含发生氧化后的水系电池正极以及发生还原后的水系电池负极；所述产氢电解液和产氧电解液设置在所述壳体内腔并由离子交换膜分隔；

所述产氢电解池产生的氢气通过出氢口排出，被储氢罐收集；所述产氧电解池产生的氧气通过出氧口排出，被储氧罐收集；

所述全自动控制单元与水系电池正极、水系电池负极连接向外放电。

作为本发明的进一步改进，所述壳体包括装置盒体与装置盖板，多个装置盒体依次拼接形成中空电解池，离子交换膜设置在中空电解池的中部，中空电解池两端通过装置盖板封装。

作为本发明的进一步改进，所述水系电池正极、析氢电极、水系电池负极和析氧电极均与离子交换膜平行设置。

作为本发明的进一步改进，所述装置盒体与装置盖板之间设置有硅橡胶垫片，装置盖板、硅橡胶垫片与装置盒体通过紧固件固定密封。

作为本发明的进一步改进，所述出氢口位于析氢电极所在的装置盒体上，出氢口通过气路管道与储氢罐连接；出氧口位于析氧电极所在的装置盒体上，出氧口通过气路管道与储氧罐连接。

作为本发明的进一步改进，所述光伏电池单元包括：太阳能电池板、正极接线、负极接线，所述全自动控制单元包括：电源正极输入口、电源负极输入口；

其中，正极接线与电源正极输入口连接，负极接线与电源负极输入口连接。

作为本发明的进一步改进，所述全自动控制单元包括：放电正极输入口、放电负极输入口、正极输出口和负极输出口，所述放电正极输入口与水系电池正极相连，放电负极输入口与水系电池负极相连；