一种吸湿组件及吸附式空气取水电解水系统技术方案

本发明专利技术公开了一种吸湿组件，包括复合膜以及封装在复合膜内的吸水材料；所述复合膜为超疏水多孔复合薄膜，仅允许气体透过；所述吸水材料由多孔基质和吸湿盐组成。同时本发明专利技术也公开了一种采用上述吸湿组件的吸附式空气取水电解水系统。本发明专利技术采用多组件模块化设计，实现智能化进行水量控制，调节电解液浓度，实现电解速率的控制，同时由本发明专利技术的制氢装置制得的氢气纯度高，通过简单的干燥后即可进行使用；且由于阴极室阳极室分离的设计，分开收集氢气和氧气，提高了安全性且易于收集和利用。提高了安全性且易于收集和利用。

【技术实现步骤摘要】
一种吸湿组件及吸附式空气取水电解水系统


[0001]本专利技术涉及空气取水、电解水制氢和新能源利用
，具体地，涉及一种吸湿组件及吸附式空气取水电解水系统。

技术介绍

[0002]可再生能源发电具有较高的随机性、季节性和不可预测性，这种不稳定为其上网带来困难，导致弃光、弃电严重。而氢能是一种理想的能量储存介质，能量密度与相对安全性较高。采用电解水制氢可以有效解决可再生能源的消纳和并网稳定性问题，实现电能和氢能的转换。同时，这种基于可再生能源的绿氢在碳排放和成本方面的优势远超灰氢和蓝氢，电解水制氢将成为未来主要的制氢方式。
[0003]电解水方法可以根据使用的电解质不同分为碱性水电解、质子交换膜电解、固体氧化物电解、碱性阴离子交换膜电解四种。碱性电解槽制氢的成熟度较高，成本最低，可实现规模性生产。而质子交换膜电解槽结构紧凑、体积小、利于快速变载，电解效率高、氢气纯度高、所需耗能低。上述两种电解水的方法是较好的商业可行方案。结合适用大规模光伏发电的应用场景地域特征，考虑到太阳能丰富的地区通常伴随取水困难的特点，采用空气取水方法，该方法可以从低湿空气中收集水分实现全被动式运行，且不受限于地理环境。
[0004]光伏制氢系统一般包括供能组件、制备组件、储氢组件，经过检索，专利文献CN115679356A公开了一种光伏电解水制氢装置。该技术通过采用特殊的电极板，实现可直接接受光伏发电板输出的电力的功能，同时配备散热器和恒压器，确保电解过程中电解室内部环境稳定，解决了现有技术中存在光伏设备连接制氢设备的供电线路结构复杂的问题。此外，专利文献CN111682241A公开的光伏电解水制氢装置。该技术采用双柱型压控式供水/集气一体化模块，与水解池模块直接连接，实现智能化压力控制注水和集气功能。以上两项专利均展现了优良的功能性与实用性，具备较为良好效率的，但两项专利均无法实现自动化自助产水的功能，且在结构设计与工艺成本两者的均衡方面存在不足，难以满足在追求装置简单的同时维持高效的水电供应。
[0005]因此，亟需研发一种能够实现自动化自助产水且装置简单的系统，在满足产氢需求的同时提升太阳能利用效率。

技术实现思路

[0006]针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种吸湿组件，该组件采用超疏水多孔薄膜作为封装材料，即保证气体单向通过的同时，也保证了吸湿组件的整体机械性能。
[0007]本专利技术的另外一个专利技术目的为提供一种从空气集水的吸附式空气取水电解水系统。
[0008]一种吸湿组件，包括复合膜以及封装在复合膜内的吸水材料；所述复合膜为超疏水多孔薄膜，仅允许气体透过；所述吸水材料由多孔基质和吸湿盐组成。
[0009]所述复合膜作为包覆材料为超疏水多孔薄膜材料，所述超疏水多孔薄膜材料，表
面平整且透气不透液体的薄膜材料。
[0010]作为优选，所述复合膜由聚四氟乙烯膜与PP、PET中的一种或两种组成的多孔膜通过热压法复合得到。通过改变每平方米聚四氟乙烯膜热压的复合材料(PP、PET等)克数来制作出不同种类的复合膜。将聚四氟乙烯膜用热压法贴合在复合材料制成的薄膜上，制作出我们所要使用的复合膜。作为优选，复合膜中每平方米薄膜热压的复合材料克数为50～200g(例如，PET60g、80g、100g：表示其中PET的加入量)。
[0011]作为优选，所述多孔基质采用沸石、硅胶、活性炭、活性炭纤维毡、金属有机框架或活性氧化铝中的一种或多种；所述吸湿盐采用硫酸镁、氯化钙、氯化锂、氯化锶、溴化锂或溴化锶中的一种或多种。所述多孔基质采用活性炭纤维毡，其具有较高的吸附效率和饱和吸附量，耐酸碱。
[0012]作为优选，所述吸水材料由硫酸镁以及如下组分中的一种或多种复合得到：硫酸镁、氯化钙、氯化锂、氯化锶、溴化锂或溴化锶。
[0013]作为优选，所述吸水材料由硫酸镁以及包裹硫酸镁的包裹盐组成，所述包裹盐选自氯化钙、氯化锂、氯化锶、溴化锂或溴化锶的一种或多种，进一步优选为氯化钙、氯化锂的混合物。
[0014]作为优选，所述吸水材料组份是LiCl，CaCl2，MgSO4，碳纤维毛毡。作为进一步优选，所述吸水材料由硫酸镁以及包裹硫酸镁的LiCl，CaCl2混合盐组成。
[0015]作为优选，所述吸水材料由如下方法得到：将多孔基质进行预处理，而后将多孔基质浸渍在配置好的MgSO4溶液中，充分浸渍后取出烘干，然后将样品浸渍在配置好的氯化钙、氯化锂、氯化锶、溴化锂或溴化锶中的一种溶液或多种混合溶液中充分浸渍后取出烘干，得到所述吸水材料。
[0016]作为优选，在MgSO4溶液充分浸渍烘干后，将样品浸渍在配置好的LiCl、CaCl2混合溶液中。
[0017]作为优选，所述MgSO4溶液的浓度为1％～饱和浓度；所述LiCl、CaCl2的混合比例为1：1～9：1；所述LiCl、CaCl2混合溶液的总浓度为5～35％。
[0018]作为优选，所述MgSO4溶液的浓度为5～15％；所述LiCl、CaCl2混合溶液的总浓度为25～35％。
[0019]浸渍时间一般以充分浸渍为准，没有严格限制，一般的MgSO4溶液或LiCl、CaCl2混合溶液的浸渍时间为15～30小时。
[0020]采用上述技术方案，LiCl、CaCl2可实现较低相对湿度下的水吸附，LiCl、CaCl2吸附水分子的速度比硫酸镁更快，MgSO4晶体在溶解他们的残余固体之前，会率先吸附LiCl溶液和CaCl2溶液中吸收的水分子。改善了传质效果，有利于水蒸气分子穿透复合材料内层，使吸水效果更好。碳纤维毛毡为含有较大比表面积的基质，我们通过浸渍法将上述几种盐填充至碳纤维毛毡丰富的微孔中去。
[0021]采用上述方法，可以得到本专利技术所述的吸湿材料，吸湿材料的最终形态与多孔基质的形态相关。以采用碳纤维毛毡为例，制备得到的吸湿材料为毛毡结构。
[0022]一种上述吸湿组件组装方法，包括：利用复合膜将吸水材料包裹，将热熔胶膜(一般由静电纺丝法制得)放于密封接口出，用热压机进行封装。
[0023]作为优选，所述包覆材料为聚四氟乙烯复合薄膜材料，所述粘结材料为导热硅脂，
其具有较好的导热性能及良好的粘结性能。
[0024]一种吸附式空气取水电解水系统，包括：吸附式空气取水装置、用于收集吸附式空气取水装置产生的水的可控集水
‑
输水装置以及电解水装置；所述吸附式空气取水装置包括：太阳能板、设置在太阳能板背侧的吸湿组件以及用于冷凝吸湿组件产生水蒸气的冷凝件；所述吸湿组件为上述任一项技术方案所述的吸湿组件。
[0025]所述吸附式空气取水装置利用太阳能板在有太阳光的时候产生电能，在没有阳光的时候或者不需要产生电能的时候利用吸湿组件吸湿；然后在温度较高时，吸湿组件蒸发，水蒸气冷凝获得水。产生的电能用于对电解水装置提供电能；产生的水用于电解水装置电解。
[0026]作为优选，还设置有与太阳能板配套的稳压控制组件等，以输出稳定的电能。实际安装时，可以通本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种吸湿组件，其特征在于，包括复合膜以及封装在复合膜内的吸水材料；所述复合膜为超疏水多孔复合薄膜，仅允许气体透过；所述吸水材料由多孔基质和吸湿盐组成。2.根据权利要求1所述的吸湿组件，其特征在于，所述复合膜由聚四氟乙烯膜与PP、PET中的一种或两种组成的多孔膜通过热压法复合得到。3.根据权利要求1所述的吸湿组件，其特征在于，所述多孔基质采用沸石、硅胶、活性炭、活性炭纤维毡、金属有机框架或活性氧化铝中的一种或多种；所述吸湿盐采用硫酸镁、氯化钙、氯化锂、氯化锶、溴化锂或溴化锶中的一种或多种。4.根据权利要求3所述的吸湿组件，其特征在于，所述吸水材料由硫酸镁以及如下组分中的一种或多种复合得到：硫酸镁、氯化钙、氯化锂、氯化锶、溴化锂或溴化锶。5.根据权利要求4所述的吸湿组件，其特征在于，所述吸水材料由如下方法得到：将多孔基质进行预处理，而后将多孔基质浸渍在配置好的MgSO4溶液中，浸渍后取出烘干，然后将样品浸渍在配置好的氯化钙、氯化锂、氯化锶、溴化锂或溴化锶中的一种溶液或多种混合溶液中浸渍后取出烘干，得到所述吸水材料。6.根据权利要求5所述的吸湿组件，其特征在于，在MgSO4溶液中浸渍烘干后，将样品浸渍在配置好的LiCl、CaCl2混合溶液中；所述MgSO4溶液的浓度为1％～饱和浓度；所述LiCl、CaCl2的...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘权稳，李欣怡，李文涛，黄一挥，徐晗瑜，谷小汐，王博，甘智华，
申请(专利权)人：浙大城市学院，
类型：发明
国别省市：