CN110678580B - 氢生成装置及氢生成方法 - Google Patents

Abstract

本发明的一实施例提供一种氢生成装置，包括：电解液腔室，容纳多个电极，并且填充电解液，以浸没所述电极；电源供应部，对所述电极施加DC电压，并且交替施加短脉冲及尾随脉冲；氢生成量测量部，测量在所述电解液腔室中生成的氢的量；消耗电力测量部，在对所述电极施加DC电压及脉冲电压时测量消耗电力。

Description

氢生成装置及氢生成方法

技术领域

本发明涉及通过电分解生成氢的氢生成装置及氢生成方法。

背景技术

通常，正在利用通过直流电分解含有水的电解液来生成氢的氢生成方法。在这种氢生成方法中，利用如下的方式生成氢气：在腔室内设置由阳极和阴极构成的电极，并且在腔室内填充电解液，之后施加电源来电分解电解液。

然而，现有的利用电分解的氢生成方法存在如下的问题：相比于为了通过电分解制造氢气所消耗的电力，生成气体的热量约为60％水准(在消耗10kW的电力时，可变换并生成约6kW的气体热量)，除了要求从电到气体的变换燃料形态的情况以外在热量的绝对性比较方面作为代替能源是有局限性的，不仅如此其尺寸大，不实用。

发明内容

技术课题

本发明提供可提高氢生成效率的氢生成方法。

本发明的目的不限于上述内容，未谈及的本发明的另一目的及优点可通过以下的说明去理解。

解决课题的手段

本发明的实施例的氢生成装置可包括：电解液腔室，容纳多个电极，并且填充电解液，以浸没所述电极；电源供应部，对所述电极施加DC电压，并且交替施加短脉冲及尾随脉冲；氢生成量测量部，测量在所述电解液腔室中生成的氢的量；消耗电力测量部，在对所述电极施加DC电压及脉冲电压时测量消耗电力。

在本发明的实施例中，还可包括测量所述电源供应部的消耗电力的消耗电力测量部。

在本发明的实施例中，所述电源供应部在施加脉冲电压时可使用5KHz以上的频率。

另外，本发明的实施例的氢生成方法可包括：电极浸没步骤，将多个电极浸没于电解液；DC电压施加步骤，将1.8V～2V的DC电压施加于所述电极；脉冲施加步骤，对所述电极交替施加短脉冲及电压逐渐降低的尾随脉冲。

在本发明的实施例中，在所述脉冲施加步骤中，所述尾随脉冲施加时间可比所述短脉冲施加时间长。

在本发明的实施例中，所述短脉冲电压可施加(1.8V～2V)±0.6V。

在本发明的实施例中，在所述脉冲施加步骤中，可适用5KHz以上的频率。

发明的效果

根据本发明的实施例，由于施加脉冲电压，进而在生成双重电层之前与离子发生反应，提高氢生成速度，最终可提高氢生成效率。

本发明的效果不限于上述的效果，而是应该理解为包括可从本发明的具体说明或者权利要求项范围内记载的发明的结构可推论的所有效果。

附图说明

图1是示出本发明的一实施例的氢生成装置的示意图。

图2是示出本发明的一实施例的氢生成方法的流程图。

图3是示出本发明的一实施例的氢生成方法的电压/电流波形的图。

图4是示出通过本发明的一实施例的氢生成方法生成氢时的效率的曲线图。

具体实施方式

以下，将参照附图说明本发明。但是，本发明可用各种不同的形式实现，不得由在此说明的实施例限定。然后，为了明确说明本发明，在附图中省略了与说明无关的部分，在说明书全文中对于类似的部分赋予类似的附图标记。

在说明书全文中，在某一部分与另一部分“连接”时，这不仅包括“直接连接”的情况，还包括中间介入其他部件来“间接连接”的情况。另外，在某一部分包括某一构成要素时，除非有特别反对的记载，否则并非是要将其他构成要素除外，而是意味着还可具有其他构成要素。

以下，参照附图详细说明本发明的实施例。

图1是示出本发明的一实施例的氢生成装置的示意图。

参照图1，一实施例的氢生成装置包括：电解液腔室10、电源供应部30、氢生成量测量部40、消耗电力测量部50、控制部60。

在电解液腔室10的内部填充含水的电解液。作为电解液可适用可利用于通过电分解生成氢的电解液，例如，氢氧化钾溶液。另外，在电解液腔室的内部配置具有多个电极21、22的单位电池20。此时，多个电极相互间隔预定距离间隔配置。构成电极的阴极21及阳极22可使用用于电分解电解液的材料，诸如，铂等。

例如，在电解液腔室10的内部两个以上的电极排列成相互断开的状态，各个电极可由平板形状构成。此时，电极全部形成相同厚度，而且各个电极的间隔也可配置成与电极的厚度相同。

电源供应部30包括脉冲发生器。据此，电源供应部对电极施加DC电压及脉冲电压。由电源供应部施加的DC电压可以是1.8V～2V。由电源供应部30施加于电极的电压的波形(时间变化)可发生各种变化。即，脉冲电压是间隔时间差交替施加短脉冲和尾随脉冲。此时，短脉冲电压可以是(1.8V～2V)±0.6V。

氢生成量测量部40及消耗电力测量部50在施加DC电压及脉冲电压之后经过预定时间之后测量在电解液腔室生成的氢的生成量及消耗电力。

控制部60与电源供应部30、氢生成量测量部40、消耗电力测量部50等电连接，结合并计算从各个结构提供的信息，并将该信息显示于显示器等。

图2是利用上述的氢生成装置生成氢的方法，并且如下说明该方法。

参照图2，一实施例的氢生成方法包括：电极浸没步骤S10、DC电压施加步骤S20、脉冲电压施加步骤S30。

电极浸没步骤S10是在电解液腔室浸没具有多个电极的单位电池的步骤。在电解液腔室填充含水的电解液。通过电分解电解液在电极中的阴极生成氢气。

DC电压施加步骤S20是对电极施加DC电压的步骤。此时，施加的DC电压可以是1.8V～2V。即，对浸没于电解液的电极施加直流电压，进而可在阴极的表面生成氢。

碱性水电解装置将碱性溶液用作电解质，羟基(OH-)通过阴离子交换膜遇到施加的电荷生成氢。该反应所需的最小理论电压为约1.2V，在本实施例中优选的DC电压为1.8V～2V。

施加电压越高就越增加氢生成量，但是使用的消耗电力也随之提高。然而，若施加DC电压，则反应的离子受到在电极周边生成的双重电层限制，即使提高消耗电力，也拉大了与对比消耗电力的效率的理想线条(Ideal line)的差距。据此，在本实施例中还包括施加脉冲电压的步骤。

脉冲电压施加步骤S30是对电极施加脉冲电压的步骤。此时，交替施加短脉冲及电压逐渐降低的尾随脉冲。在脉冲施加步骤S30中，对电极施加的脉冲电压可以是(1.8V～2V)±0.6V。在脉冲施加步骤中使用的脉冲发生器的频率是5KHz以上，优选为是7～15KHz。

一实施例的氢生成方法还可包括氢生成量测量步骤S40及消耗电力测量步骤S50，对电极施加DC电压及脉冲电压之后经过预定之后测量在电解液腔室中生成的氢的生成量及消耗电力。

图3是示意性示出在与本发明的实施形式相关的氢生成方法中施加于电极的电压V的波形及流入阳极的电流I的波形的图。

参照图3，在与本发明的实施形式相关的氢生成方法中，对电极交替地反复施加短脉冲P和继短脉冲P的尾随脉冲TP，进而进行脉冲电分解。

尾随脉冲TP具有继短脉冲P的尾部且相比于短脉冲P的施加时间电压V长时间逐渐降低的波形。虽未特别提出短脉冲P的施加时间及尾随脉冲TP的施加时间，但是在一实施例中尾随脉冲的施加时间比短脉冲施加时间长。

图4是示出通过本发明的一实施例的氢生成方法生成氢时的效率的曲线图。

参照图4，比较例1至比较例3是只施加DC电压的通常情况，实施例1是在7～15KHz的频率范围内施加2-0.6V的脉冲电压的情况，实施例2是在7～15KHz的频率范围内施加2.05-0.6V的脉冲电压的情况。

如上所述，若施加(1.8V～2V)±0.6V的脉冲电压，则相比于只施加DC电压的通常情况，降低用于生成相似量的氢所需的电力消耗，这与氢生成效率有直接的关系。

提高效率的理由是因为具有如下的效果：由于电压瞬间变化，改变了电极周围的电势差，同时活跃地进行氢生成反应，并且清除了在催化剂或电极膜产生的气泡。

上述的本发明的说明是用于示例的，在本发明所属技术领域中具有常规知识的人员应该理解为在不改变本发明的技术性思想或者必要特征的情况下可容易变形成其他具体形态。

即，对于以上表述的实施例应该理解为在所有方面都是示例性的而非限定性的。例如，也可分散实施以单一形式说明的各个构成要素，同样地能够以结合的形态实施分散说明的构成要素。

因此，本发明的范围应该由权利要求项体现，权利要求项的意思、范围及其同等概念导出的所有改变及变形应解释为全部包括于本发明的范围内。

Claims (3)

1.一种氢生成装置，其特征在于，包括：

电解液腔室，容纳多个电极，并且填充电解液，以浸没所述电极；

电源供应部，对所述电极施加DC电压，并且交替施加短脉冲及尾随脉冲，以在生成双重电层之前与离子发生反应；

氢生成量测量部，测量在所述电解液腔室中生成的氢的量；

消耗电力测量部，在对所述电极施加DC电压及脉冲电压时测量消耗电力，

其中，施加的脉冲电压为(2V～2.05V)±0.6V，并且

其中，所述电源供应部在施加脉冲电压时使用7～15KHz的频率。

2.一种氢生成方法，包括：

电极浸没步骤，将多个电极浸没于电解液；

DC电压施加步骤，将DC电压施加于所述电极；

脉冲电压施加步骤，对所述电极交替施加短脉冲及电压逐渐降低的尾随脉冲，并且在生成双重电层之前与离子发生反应，

其中，在所述脉冲电压施加步骤中，施加的脉冲电压为(2V～2.05V)±0.6V，并且

其中，在所述脉冲电压施加步骤中，适用7～15KHz的频率。

3.根据权利要求2所述的氢生成方法，其特征在于，

在所述脉冲电压施加步骤中，所述尾随脉冲施加时间比所述短脉冲施加时间长。

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