基于钠-空气电池的循环制氢方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于钠

【技术实现步骤摘要】
基于钠
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空气电池的循环制氢方法及装置


[0001]本专利技术涉及化学制氢
，特别涉及一种基于钠
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空气电池的循环制氢方法和装置。

技术介绍

[0002]氢气是一种无毒，有窒息性，并易燃易爆的气体；但氢气具有广泛的用途，例如：氢是主要的工业原料，也是最重要的工业气体和特种气体，在电子工业、冶金工业、燃料电池等方面有着广泛的应用；另一方面，氢能是一种极为环保的能源，未来极有可能取代现有的化石能源。
[0003]现有技术的制氢方法主要有物理制氢法、化学制氢法和生物制氢法等方法：
[0004]①
电解水制氢，水电解制氢工艺是很古老的制氢方法,目前国内外对此技术已较成熟,设备已成套化和系列化，该方法优点是工艺较简单,可完全自动化,操作方便,其氢气纯度较高(一般可达99％～99.9％)。缺点是耗电量较高，一般不低于5kW
·
h/m3(标准)，产氢速率慢，使得成本较高。
[0005]②
甲醇蒸气转化制氢，目前甲醇蒸气转化制氢已成为重要的产氢方法。该方法的优点是装置投资成本低，约为水电解制氢装置成本的33％～50％，缺点是工艺流程复杂，需要使用大量的催化剂，并且反应是一个吸热反应，造成成本增加。
[0006]③
氨分解制氢，氨气在催化剂存在下,温度高于550℃时即可分解为N2和H2。该法的优点是比水电解法制氢能耗低40％以上，但其缺点也是明显的:一是反应温度高(约800℃)，对反应器和换热器等材质要求较高；二是液氨储存需用压力容器,且氨气属易燃易爆品。
[0007]④
化石燃料制氢，该方法是以煤、天然气等化石燃料为原料，利用不同的温度、催化剂及工艺使得化石原料变为氢气和其他副产物。该方法的优点是化石燃料为原料的制氢方法经济性较好，且氢气的提取率和纯度都有很高的水平，适合工业上的大规模制氢，但缺点是化石燃料储量有限，制氢工艺较为复杂，成本较高，并且利用化石燃料制得氢气时会对环境造成不可逆转的污染。
[0008]⑤
生物质制氢，生物质制氢技术包括生物质热化学转化法和生物法，分别通过利用热化学法或微生物将生物质(麦秸、稻草等)通过裂解或酶催化反应制得氢气。生物质热化学制氢缺点是效率较低、过程耗能高、设备易堵塞和腐蚀等问题，而生物法制氢技术迄今仅限于实验室研究，实验数据多数为短期结果，连续稳定运行的研究实例很少，所以生物质制氢应用还较为困难。
[0009]现有的制氢方法难以达到理想的要求，存在一些难以解决的问题，如工艺复杂、效率较低、过程耗能高、设备投资大等。

技术实现思路

[0010]本专利技术针对现有制氢技术存在的问题，提出一种工艺简单、产品纯度高、产率高、
产氢速度快、无任何废弃物产生，对环境友好的基于钠
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空气电池的循环制氢方法及装置。
[0011]一方面，本专利技术提供一种基于钠
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空气电池的循环制氢方法，所述基于钠
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空气电池的循环制氢方法包括以下步骤：
[0012]将金属钠与水进行反应，获得氢气和氢氧化钠溶液；
[0013]提供钠
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空气电池，所述钠
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空气电池包括正极壳体、位于正极壳体中的正极和正极电解液、固体电解质、负极壳体及位于负极壳体中的负极，所述固体电解质位于所述正极壳体和所述负极壳体之间，所述正极电解液为氢氧化钠溶液；
[0014]将所述氢氧化钠溶液注入所述钠
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空气电池的所述正极壳体中作为所述正极电解液；
[0015]对所述钠
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空气电池进行充电，使得所述正极电解液中的钠离子经过所述固体电解质至所述负极壳体中并接收电子还原成所述金属钠。
[0016]相较于现有技术，本专利技术实施例的基于钠
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空气电池的循环制氢方法中，将金属钠与水进行反应，产生纯度接近百分之百的氢气和高浓度的氢氧化钠溶液，同时，将制氢产生的所述氢氧化钠溶液注入所述钠
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空气电池作为所述正极电解液，通过对钠
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空气电池进行充电，利用钠
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空气电池将反应产生的氢氧化钠溶液再次还原为金属钠，实现金属钠的循环利用，整个反应过程简单，所述钠
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空气电池的充电还原反应在常温下就可以进行，反应产物只有氢气和氢氧化钠溶液两种产物，其中气体产物氢气的纯度能够达到百分之百，产品纯度高、产率高、无任何废弃物产生，提高了原材料的利用率和产品的产出率，同时，在制取氢气和还原氢氧化钠溶液的过程中，没有废气、废水及废渣的产生，实现了绿色制氢。
[0017]在其中的一个实施例中，所述将所述金属钠与水进行反应，获得氢气和氢氧化钠溶液包括将所述金属钠与水进行反应，获得混合气体，所述混合气体包括所述氢气和水蒸汽；将所述混合气体进行冷凝，获得所述氢气和所述水。通过将金属钠与水进行反应，获得混合气体，并通过冷凝分离混合气体中的氢气和水，可以快速分离氢气和水蒸汽，同时，两种产物分别是气态和液态，不会互溶，便于分离，提升制氢的产率和纯度。
[0018]在其中的一个实施例中，所述固体电解质为NASICON(Na3Zr2Si2PO
12
)结构快离子导体或β
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Al2O3快离子导体。通过使用NASICON(Na3Zr2Si2PO
12
)结构快离子导体或β
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Al2O3快离子导体可以提高对钠离子的传导，有助于提升提取金属钠的纯度。
[0019]在其中的一个实施例中，所述固体电解质为NASICON(Na3Zr2Si2PO
12
)结构快离子导体。
[0020]在其中的一个实施例中，所述钠
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空气电池还包括位于负极壳体中的负极导电介质，所述负极导电介质用于填充导电。通过设置所述负极导电介质可以有助于所述正极电解质中的钠离子获得电子还原为金属钠，提升金属钠的还原率。
[0021]在其中的一个实施例中，所述负极导电介质为泡沫镍。通过将泡沫镍作为所述负极导电介质，可以提高所述钠
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空气电池的导电性。
[0022]另一方面，本专利技术还提供一种基于钠
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空气电池的循环制氢装置，所述基于钠
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空气电池的循环制氢装置包括产氢反应罐及钠
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空气电池，所述钠
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空气电池包括正极壳体、位于正极壳体中的正极和正极电解液、固体电解质、负极壳体及位于负极壳体中的负极，所述固体电解质位于所述正极壳体和所述负极壳体之间，所述正极电解液为氢氧化钠溶液，所述钠
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空气电池的安装高度低于所述产氢反应罐底部，所述钠
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空气电池用于所述负极壳
体中获得充电时因接收电子从所述正极电解液中的钠离子经过所述固体电解质还原成的金属钠；所述产氢反应罐用于容置所述金属钠与水进行反应，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于钠
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空气电池的循环制氢方法，其特征在于：所述基于钠
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空气电池的循环制氢方法包括以下步骤：将金属钠与水进行反应，获得氢气和氢氧化钠溶液；提供钠
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空气电池，所述钠
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空气电池包括正极壳体、位于正极壳体中的正极和正极电解液、固体电解质、负极壳体及位于负极壳体中的负极，所述固体电解质位于所述正极壳体和所述负极壳体之间，所述正极电解液为氢氧化钠溶液；将所述氢氧化钠溶液注入所述钠
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空气电池的所述正极壳体中作为所述正极电解液；对所述钠
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空气电池进行充电，使得所述正极电解液中的钠离子经过所述固体电解质至所述负极壳体中并接收电子还原成所述金属钠。2.根据权利要求1所述基于钠
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空气电池的循环制氢方法，其特征在于：所述将所述金属钠与水进行反应，获得氢气和氢氧化钠溶液，包括以下步骤：将所述金属钠与水进行反应，获得混合气体，所述混合气体包括所述氢气和水蒸汽；将所述混合气体进行冷凝，获得所述氢气和所述水。3.根据权利要求1所述基于钠
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空气电池的循环制氢方法，其特征在于：所述固体电解质为NASICON(Na3Zr2Si2PO
12
)结构快离子导体或β
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Al2O3快离子导体。4.根据权利要求1所述基于钠
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空气电池的循环制氢方法，其特征在于：所述钠
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空气电池还包括位于负极壳体中的负极导电介质，所述负极导电介质用于填充导电。5.根据权利要求4所述基于钠
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空气电池的循环制氢方法，其特征在于：所述负极导电介质为泡沫镍。6.一种基于钠
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空气电池的循环制氢装置，其特征在于：所述基于钠
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空气电池的循环制氢装置包括产氢反应罐及钠
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空气电池，所述钠
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空气电池包括正极壳体、位于正极壳体中的正极和正极电解液、固体电解质、负极壳体及位于负极壳体中的负极，所述固体电解质位于所述正极壳体和所述负极壳体之间，所述正极电解液为氢氧化钠溶液，所述钠
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【专利技术属性】
技术研发人员：梁风，杨泻铖，侯敏杰，雷勇，徐宝强，解志鹏，东鹏，杨斌，戴永年，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：