一种依赖环境湿度差的光催化发电装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种依赖环境湿度差的光催化发电装置。该发电装置包括由湿度差驱动的光催化发电单元、蓄电组件（5）及太阳光收集发射组件（4）。所述湿度差驱动的光催化发电单元从一侧至另一侧，依次包括阳极气体流道（12）、筛网式光电阳极材料（1）、透湿质子交换膜（2）、筛网式阴极材料（3）、阴极气体流道（13）。该装置的光催化发电单元在光照条件下，通过光催化电化学反应，将阳极、阴极气体流道内的气体湿度差势能转化为电能储存在蓄电组件内。本发明专利技术装置将湿度差势能转化为电能，以广泛存在的环境湿度差为原料，以太阳能为能源驱动，来源广泛，原料清洁可持续；同时，装置简单紧凑、安全可靠，无运动部件，无固定设备，制作简单。

A photocatalytic power generation device based on humidity difference

The invention discloses a photocatalytic power generation device which depends on environmental humidity difference. The power generation device comprises a photocatalytic power generation unit driven by humidity difference, a storage module (5) and a solar light collection and emission module (4). The photocatalytic power generation unit driven by the humidity difference from one side to the other comprises an anode gas channel (12), a screen type photoanode material (1), a moisture permeable proton exchange membrane (2), a screen type cathode material (3) and a cathode gas channel (13). The photocatalytic power generation unit of the device converts the gas humidity potential energy in the gas channel of the anode and cathode into electric energy by photocatalytic electrochemical reaction under illumination and stores it in the storage module. The device converts the humidity difference potential energy into electric energy, takes the widely existing environmental humidity difference as raw material and solar energy as energy driving, has a wide range of sources, and the raw materials are clean and sustainable; at the same time, the device is simple, compact, safe and reliable, and has no moving parts and fixed equipment, and the manufacture is simple.

【技术实现步骤摘要】
一种依赖环境湿度差的光催化发电装置
本专利技术涉及湿度差发电装置
，特别涉及一种环境湿度差驱动的光催化发电装置。
技术介绍
在快速发展的当今世界，随着地球上的煤、石油、天然气等非可再生能源的快速消耗，能源问题开始成为决定发展的首要问题，于是人们开始探索太阳能、地热能、水能、风能、生物能、海洋能等可再生能源。然而，除了生物能、风能、地热能等可再生能源以外，还有一种长期被人们忽视的能源。环境湿度差势能也是一种潜在的可再生能源，湿度差于地理环境中有着广泛的空间上和时间上的存在，并且广泛存在于空气调节系统中，是一种清洁而稳定的能源。比如我国广大的东南部沿海地区，每年的3到6月份空气的湿度都维持在相当高的水平；而在室内为了保持舒适的居住环境，人们通常人为的降低室内的空气湿度。在这个时候，在室内和室外的空气之间就存在着湿度差势能。如果说对于家庭居室来说，能够产生的湿度差势能比较小，那么对于一些大型商场、办公楼、或工厂及工程项目来说，其运转过程中能够产生的湿度差势能则是相当可观的。因此，若能将湿度差势能转化为电能加以利用，这一新增的能源利用方式将有望使得社会能源问题得到缓解。目前尚未有人发表关于湿度差发电的研究成果。以环境湿度差为能源的系统有着清洁稳定、来源广泛、不受空间限制及不易引起酸碱腐蚀问题等诸多优势。因此利用环境湿度差资源进行发电，不仅能创造巨大的经济效益，同时，利用清洁的能源也将有助于环境质量的改善与保持。太阳能作为一种无害普遍长久而巨大的一次能源有着巨大的应用潜力。但由于技术限制，人类对于太阳能的利用并不充分。1967年，藤岛昭教授发现，借助光的力量可以促进氧化分解反应。后来证实一些半导体材料(如二氧化钛)在太阳光的照射下电子会发生跃迁，产生光生电子-空穴对，对一些氧化分解反应起到促进作用。但目前尚未有人将太阳能同湿度差发电结合起来。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中的缺点和不足之处，提供了一种依赖环境湿度差的光催化发电装置。本专利技术的目的通过如下技术方案实现。一种依赖环境湿度差的光催化发电装置，包括湿度差驱动的光催化发电单元、蓄电组件以及太阳光收集发射组件；所述湿度差驱动的光催化发电单元从一侧至另一侧，依次包括阳极气体流道、筛网式光电阳极材料、透湿质子交换膜、筛网式阴极材料和阴极气体流道；其中，筛网式光电阳极材料、透湿质子交换膜和筛网式阴极材料共同组成光催化发电单元的电极组件；所述阳极气体流道和阴极气体流道均设置有进气口和出气口；所述阳极气体流道和阴极气体流道的进气口外均装有变频风机；所述阳极气体流道的进气口设置有一号风阀和一号温湿度传感器，所述阳极气体流道的内部安装有一号流量传感器，所述阳极气体流道的出气口设置有二号温湿度传感器；所述阴极气体流道的进气口设置有二号风阀和三号温湿度传感器，所述阴极气体流道的内部安装有二号流量传感器，所述阴极气体流道的出气口设置有四号温湿度传感器；所述筛网式光电阳极材料和筛网式阴极材料均为多孔筛网结构；所述筛网式光电阳极材料与筛网式阴极材料上分别含有阳极光电催化剂和阴极催化剂；所述筛网式光电阳极材料与筛网式阴极材料经由导线与蓄电组件相连接，以便光催化发电单元产生的电能被及时储存在蓄电装置内，且连接电路中接有电流表和电压表；所述太阳光收集发射组件置于光催化发电单元的靠近阳极气体流道一侧，具有收集太阳光的功能并能将收集的太阳光照射在阳极气体流道上。优选的，所述阳极气体流道的管壁材料为可透光的绝缘不透气材料，确保经太阳光收集发射组件射出的光线透过阳极气体流道的管壁，照射在筛网式光电阳极材料上，发生光电催化反应。优选的，所述阴极气体流道的管壁材料为绝缘不透气材料。优选的，所述透湿质子交换膜为同时具备选择性透过水分子和氢离子能力的高性能电解质膜，包括双极膜或两性膜；透湿质子交换膜通过包括有机/无机纳米复合法、催化聚合法或辐射接枝法制备得到。优选的，所述筛网式光电阳极材料和筛网式阴极材料均为采用包括筛网印刷法、转印法或喷射法，将阳极光电催化剂或阴极催化剂微粒分别紧密附着于金属筛网骨架的表面制备得到。优选的，所述阳极光电催化剂为具有催化光电效应的材料，为包括TiO2、ZnO或WO3的半导体材料，或者为包括杂多酸的非半导体材料。优选的，所述阴极催化剂为可催化电子与氧气和质子反应生成水的还原反应催化剂材料，包括贵金属Pt、Ir或Ru，或者贵金属Pt、Ir和Ru中的一种以上的合金、磷化物、碳化物或负载物。优选的，所述阳极气体流道和阴极气体流道的管道形状为有棱的、无棱的、竖直的或者弯曲的形状。优选的，所述太阳光收集发射组件为具有反射及折射部件、具有包括平面、曲面或锯齿面结构的且能将无效区域的太阳光收集到有效区域的组件。优选的，所述筛网式光电阳极材料和筛网式阴极材料与透湿质子交换膜连接的界面上均有紧密接触的接触点；当阳极气体流道通入高湿度空气，而阴极气体流道通入低湿度空气时，阳极气体流道内的高湿度空气通过阳极侧多孔筛网结构接近接触点，在太阳光照射下，空气内水蒸气在阳极侧多孔筛网结构上阳极光电催化剂的作用下发生光分解产生质子；同时，质子在阳极侧与湿空气中的水分子发生水合作用，形成水合氢离子；与此同时，阴极气体流道内通入低湿度空气，透湿质子交换膜产生由高湿度一侧指向低湿度一侧的湿度差，在该湿度差的驱动下，水合氢离子穿过透湿质子交换膜移至阴极侧；水合氢离子的定向移动使得光催化反应产生的电子相应移动，产生电流，产生发电效果；而在阴极侧的电子与质子和氧气发生反应生成水。阳极侧流道内的气体湿度高于阴极侧流道内的气体湿度，两者间的的湿度差势能将转化为电能储存在蓄电装置内。更优选的，空气在阳极气体流道和阴极气体流道内的流动方式包括顺流、逆流或错流。优选的，所述湿度差驱动的光催化发电单元为一个以上，且多个湿度差驱动的光催化发电单元的组合方式包括串联式、并联式、复叠式、组合式或多级式。本专利技术装置的催化发电原理为：当太阳光照射在阳极气体流道一侧时，在太阳光的作用下，筛网式光电阳极材料催化层中的光电催化剂电子被激发，产生光生电子-空穴对；其中，光生电子为e-，光生空穴为h+；光生空穴h+富集在催化材料上，与阳极侧湿空气中的水分子接触，发生2H2O+4h+→4H++O2的氧化反应；即在光生空穴h+的氧化作用下，水分子被氧化产生氢离子和氧气；生成的H+和阳极侧湿空气中的水分子发生水合作用，产生水合氢离子，在阴阳两极气体湿度差推动力的作用下穿过透湿质子交换膜迁移到阴极侧，产生的光生电子为e-则经过外电路转移到阴极侧，在阴极侧发生4H++O2+4e-→2H2O的还原反应，产生的水被阴极侧的干空气带走；于是，电路中产生有效的电流。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点和有益效果：本专利技术的依赖环境湿度差的光催化发电装置以湿度差为原料，以太阳能为能源驱动，来源广泛，原料清洁可持续；同时，该装置简单紧凑、安全可靠，无运动部件，无固定设备，制作简单，装置无腐蚀、气泡堵塞等问题，具有理论和实践的实施可行性。附图说明图1为具体实施例中基于依赖环境湿度差的光催化发电装置的光催化发电单元的结构示意图；图2为具体实施例中基于依赖环境湿度差的光催化发电装置的电极组件的结构示意图；图3为具体实施例中基于依赖环境湿度差的光催化发电装本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种依赖环境湿度差的光催化发电装置，其特征在于，包括湿度差驱动的光催化发电单元、蓄电组件（5）以及太阳光收集发射组件（4）；所述湿度差驱动的光催化发电单元从一侧至另一侧，依次包括阳极气体流道（12）、筛网式光电阳极材料（1）、透湿质子交换膜（2）、筛网式阴极材料（3）和阴极气体流道（13）；其中，筛网式光电阳极材料（1）、透湿质子交换膜（2）和筛网式阴极材料（3）共同组成光催化发电单元的电极组件；所述阳极气体流道（12）和阴极气体流道（13）均设置有进气口和出气口；所述阳极气体流道（12）和阴极气体流道（13）的进气口外均装有变频风机；所述阳极气体流道（12）的进气口设置有一号风阀（8）和一号温湿度传感器（10），所述阳极气体流道（12）的内部安装有一号流量传感器（14），所述阳极气体流道（12）的出气口设置有二号温湿度传感器（16）；所述阴极气体流道（13）的进气口设置有二号风阀（9）和三号温湿度传感器（11），所述阴极气体流道（13）的内部安装有二号流量传感器（15），所述阴极气体流道（13）的出气口设置有四号温湿度传感器（17）；所述筛网式光电阳极材料（1）和筛网式阴极材料（3）均为多孔筛网结构；所述筛网式光电阳极材料（1）与筛网式阴极材料（3）上分别含有阳极光电催化剂和阴极催化剂；所述筛网式光电阳极材料（1）与筛网式阴极材料（3）经由导线与蓄电组件（5）相连接，且连接电路中接有电流表和电压表；所述太阳光收集发射组件（4）置于光催化发电单元的靠近阳极气体流道（12）一侧，具有收集太阳光的功能并能将收集的太阳光照射在阳极气体流道（2）上。...

【技术特征摘要】
1.一种依赖环境湿度差的光催化发电装置，其特征在于，包括湿度差驱动的光催化发电单元、蓄电组件（5）以及太阳光收集发射组件（4）；所述湿度差驱动的光催化发电单元从一侧至另一侧，依次包括阳极气体流道（12）、筛网式光电阳极材料（1）、透湿质子交换膜（2）、筛网式阴极材料（3）和阴极气体流道（13）；其中，筛网式光电阳极材料（1）、透湿质子交换膜（2）和筛网式阴极材料（3）共同组成光催化发电单元的电极组件；所述阳极气体流道（12）和阴极气体流道（13）均设置有进气口和出气口；所述阳极气体流道（12）和阴极气体流道（13）的进气口外均装有变频风机；所述阳极气体流道（12）的进气口设置有一号风阀（8）和一号温湿度传感器（10），所述阳极气体流道（12）的内部安装有一号流量传感器（14），所述阳极气体流道（12）的出气口设置有二号温湿度传感器（16）；所述阴极气体流道（13）的进气口设置有二号风阀（9）和三号温湿度传感器（11），所述阴极气体流道（13）的内部安装有二号流量传感器（15），所述阴极气体流道（13）的出气口设置有四号温湿度传感器（17）；所述筛网式光电阳极材料（1）和筛网式阴极材料（3）均为多孔筛网结构；所述筛网式光电阳极材料（1）与筛网式阴极材料（3）上分别含有阳极光电催化剂和阴极催化剂；所述筛网式光电阳极材料（1）与筛网式阴极材料（3）经由导线与蓄电组件（5）相连接，且连接电路中接有电流表和电压表；所述太阳光收集发射组件（4）置于光催化发电单元的靠近阳极气体流道（12）一侧，具有收集太阳光的功能并能将收集的太阳光照射在阳极气体流道（2）上。2.根据权利要求1所述的一种依赖环境湿度差的光催化发电装置，其特征在于，所述阳极气体流道（12）的管壁材料为可透光的绝缘不透气材料；所述阴极气体流道（13）的管壁材料为绝缘不透气材料。3.根据权利要求1所述的一种依赖环境湿度差的光催化发电装置，其特征在于，所述透湿质子交换膜（2）为同时具备选择性透过水分子和氢离子能力的高性能电解质膜，包括双极膜或两性膜。4.根据权利要求1所述的一种依赖环境湿度差的光催化发电装置，其特征在于，所述筛网式光电阳极材料（1）和筛网式阴极材料（3）均为采用包括筛网印刷法、转印法或喷射法，将...

【专利技术属性】
技术研发人员：綦戎辉，郭明明，张立志，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44