基于全钒液流氧化还原媒介分步电解水制氢的装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于电解水技术领域，具体为一种基于全钒液流氧化还原媒介分步电解水制氢的装置和方法。该装置包含两个隔膜电解槽（槽1和槽2）、一个析氢单元以及酸性全钒电解质。该装置把电解水分为全钒液流电池充电和产氢产氧两步骤。第一步，槽1中阳极室的VO

【技术实现步骤摘要】
基于全钒液流氧化还原媒介分步电解水制氢的装置和方法


[0001]本专利技术属于电解水
，具体涉及一种基于全钒液流氧化还原媒介分步电解水制氢的装置和方法。

技术介绍

[0002]随着科学技术的不断进步、国家经济军事的不断发展、人民生活水平的不断提高，人们对能源的需求越来越高。煤炭、石油和天然气是目前主要的能源来源，但是这些化石能源储量有限，开采开发使用过程会造成大量污染与碳排放。为了解决能源短缺与经济发展和环境保护之间的矛盾，有必要开发来源广泛、可再生、低碳无污染的清洁能源。这也有助于我国实现2060年达到碳中和的目标。氢能作为来源广泛、清洁低碳的能源备受全世界青睐。大规模廉价开发氢能成为科学发展的一项重要的目标。
[0003]电解水技术成熟、操作简单、清洁无污染，且地球上水资源来源广泛，因此电解水成为了当前大规模制氢的重要手段。碱性电解水发展最早，技术最成熟，工业化比较成功。但是该技术同时在阴阳极产生氢气和氧气，得到的氢气纯度较低，且有较高的危险系数。之后发展出质子交换膜酸性电解水，可以有效的分离两极产生的气体，得到更高纯度的氢气本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于全钒液流氧化还原媒介分步电解水制氢的装置，其特征在于，其包括用于全钒液流电池充放电的第一隔膜电解槽、用于产氧气的第二隔膜电解槽以及用于产氢气的析氢单元；所述析氢单元为第三隔膜电解槽；第一隔膜电解槽的阳极室和第二隔膜电解槽的阴极室双向连通，第一隔膜电解槽的阴极室和第三隔膜电解槽的阳极室双向连通；其中：第一隔膜电解槽的阳极室中的电解质为VO
2+
的酸溶液，阴极室中的电解质为V
3+
的酸溶液；第二隔膜电解槽的阳极室中的电解质为酸性电解质，阴极室中的电解质为第一隔膜电解槽中阳极室电解质VO
2+
的酸溶液发生氧化反应生成的VO
2+
溶液，第二隔膜电解槽的阴极室中的电解质发生还原反应后生成VO
2+
溶液循环回第一隔膜电解槽的阳极室中，氧气产生于第二隔膜电解槽的阳极室中；第三隔膜电解槽的阳极室中的电解质源自第一隔膜电解槽中阴极室电解质V
3+
的酸溶液发生还原反应生成的V
2+
溶液，第三隔膜电解槽的阳极室中的电解质发生氧化反应生成V
3+
溶液后循环回第一隔膜电解槽的阴极室中，第三隔膜电解槽的阴极室中的电解质为酸性电解质，氢气产生于第三隔膜电解槽的阴极室中。2.一种基于全钒液流氧化还原媒介分步电解水制氢的装置，其特征在于，其包括用于全钒液流电池充放电的第一隔膜电解槽、用于产氧气的第二隔膜电解槽以及用于产氢气的析氢单元；所述析氢单元为化学催化固液反应槽；第一隔膜电解槽的阳极室和第二隔膜电解槽的阴极室双向连通，第一隔膜电解槽的阴极室和化学催化固液反应槽双向连通；其中：第一隔膜电解槽的阳极室中的电解质为VO
2+
的酸溶液，阴极室中的电解质为V
3+
的酸溶液；第二隔膜电解槽的阳极室中的电解质为酸性电解质，阴极室中的电解质为第一隔膜电解槽中阳极室电解质VO
2+
的酸溶液发生氧化反应生成的VO
2+
溶液，第二隔膜电解槽的阴极室中的电解质发生还原反应后生成VO
2+
溶液循环回第一隔膜电解槽的阳极室中，氧气产生于第二隔膜电解槽的阳极室中；化学催化固液反应槽中的反应溶液源自第一隔膜电解槽中阴极室电解质V
3+
的酸溶液发生还原反应生成的V
2+
溶液，化学催化固液反应槽中加入析氢催化剂催化固液化学反应，反应后的反应液循环回第一隔膜电解槽的阴极室中，氢气产生于化学催化固液反应槽中。3.根据权利要求1或2所述的基于全钒液流氧化还原媒介分步电解水制氢的装置，其特征在于，第二隔膜电解槽中的阳极室电解质和第三隔膜电解槽中的阴极室电解质独立地选用硫酸、磷酸、甲磺酸或高氯酸，浓度为1~5mol/L，优选为3mol/L；第一隔膜电解槽中的支持电解质选用硫酸、盐酸、磷酸或甲烷磺酸，浓度为1~5mol/L；第一隔膜电解槽中的阴极室电解质为硫酸钒V2(SO4)3，浓度为0.5~3mol/L；第一隔膜电解槽中的阳极室电解质为硫酸氧钒VOSO4，浓度为0.5~3mol/。4.根据权利要求1或2所述的基于全钒液流氧化还原媒介分步电解水制氢的装置，其特征在于，第一隔膜电解槽、第二隔膜电解槽和第三隔膜电解槽的隔膜独立地选自Nafion膜、PBI膜、SPEEK膜或PAN多孔膜中的一种。5.根据权利1或2所述的基于全钒液流氧化还原媒介分步电解水制氢的装置，其特征在于，其特征在于，第一隔膜电解槽中的阳极、阴极独立地选自石墨毡、碳毡、碳纸或碳布中的一种；第二隔膜电解槽中的阴极选自石墨毡、碳毡、碳纸或碳布中的一种，阳极为析氧催化
电极；第三隔膜电解槽中的阳极选自石墨毡、碳毡、碳纸或碳布中的一种，阴极为析氢催化电极。6.根据权利要求5所述的基于全钒液流氧化还原媒介分步电解水制氢的装置，其特征在于，析氧催化电极的电极材料为：基于Ru、Ir或Pt贵金属、合金及化合物；或基于Ni、Co、Fe或Mn过渡金属的单质或化合物；或N、S、P掺杂的碳；或生物电化学催化剂，如漆酶。7.根据权利要求5所述的基于全钒液流氧化还原媒介分步电解水制氢的装置，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：王永刚，孔涛逸，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：