CN111180835A - 一种基于锌或铝空气电池系统的co2制氢发电方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于锌或铝空气电池系统的
制氢发电方法，所述电池系统的阴极和阳极采用大小可变的双腔结构，可根据使用者对电能或氢气的产生而发生变化，所述电池系统的阳极装配金属锌片或铝片，阴极插入特质催化剂电极，所述特质催化剂电极具体为Pt/C电极、或钙钛矿氧化物电极，阴阳两级中间采用特质的陶瓷膜隔离使其离子可以自由交换，本发明的有益效果是：本发明可以制备氢气、消耗二氧化碳、并且产生直流电能，该装置装备完成后，阴极侧通入CO2，阳极侧插入铝片或锌片等金属片后，双腔系统可以自发的完成上述功能。目的在于在阴极处消耗CO2，并且大量产生H2，同时还能提供电能。
Description
技术领域
本发明涉及新能源分布式发电技术领域，具体为一种基于锌或铝空气电池 系统的CO2制氢发电方法。
背景技术
二氧化碳(CO2)作为一种温室气体主要来源于人类的工业活动，正加速着 全球变暖，引起海洋、陆地、冰川等一系列的异常。因此针对二氧化碳的捕获、 利用、转化成高附加值产品一直是学术界和工业界研究和投资的关注点。
目前美国、日本、韩国和德国等已经逐步建立了分布式能源/微网系统，开 发了以燃料电池、金属空气电池等为代表的较为成熟的百瓦/千瓦级家用热电联 供系统和百千瓦级分布式发电系统，并实现了规模化推广应用。但是现有的昂贵 的催化剂体系具有较高的工业成本与传统燃煤等集中式发电相比缺乏市场竞争 力。
近两年来，一种金属-二氧化碳电池的出现备受瞩目。它可以通过空气端电 极的催化剂将二氧化碳直接转化成电能储存并利用。然而，较低的转化效能会严 重的制约它的发电效率和转化率。目前已知的有效催化剂大多集中在以铂金为代 表的稀有金属。因其成本较高，制约了进一步工业化。因此开发廉价高效的空气 端电极材料是加速其商业产品化的关键。氢气(H2)是清洁能源发展的重要方向 之一。目前的氢气制备技术还是以化石能源的转化为主例如，水煤气转化，不仅 效率低、且排放大量CO2。我们设计了一种基于金属空气电池的液态CO2制氢分 布式发电新技术，该系统消耗CO2，生成H2,同时能够产生稳定的电能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于锌或铝空气电池系统的CO2制氢发电方法， 以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于锌或铝空气电池系统的CO2制氢发电方法,其特征在于,包括以下 步骤：
步骤一：在电池的阴极通入二氧化碳气体，由于二氧化碳气体极易溶解在溶 液中形成碳酸的化学性质，会发生如下化学平衡
步骤二：氢质子富集在电池系统阴极侧的电极催化剂表面与阳极侧传递来的 电子结合，生成氢气，随着氢气生成后从溶液中自动排出，被消耗掉的氢质子会 不断打破这个化学平衡来促使更多的二氧化碳溶解；
步骤三：在电池系统的阳极侧，采用金属锌或金属铝作为质子电子的来源， 依据化学反应，Zn+4OH-→Zn(OH)4 2-+2e-,E0＝-1.25V；Al+3OH-→Al(OH)3 +3e-E0＝-2.31V；
步骤四：在电池系统的阴极侧则发生氢气析出反应，2H++2e-→H2(g)E0＝0.00V。
优选的，在步骤一当中，所述溶液具体可为海水、去离子水或氢氧化钾溶 液。
优选的，所述电池系统的阴极和阳极采用大小可变的双腔结构，可根据使 用者对电能或氢气的产生而发生变化。
优选的，所述电池系统的阴极和阳极分别注入不同种类的碱性溶液。
优选的，所述电池系统的阳极装配金属锌片或铝片，阴极插入特质催化剂 电极，所述特质催化剂电极具体为Pt/C电极、或钙钛矿氧化物电极。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、价格优势：作为电力的来源部分金属铝和金属锌的价格较为便宜，而且 工业级二氧化碳价格也非常低。
2、使用优势：首先我们的产品原理简单，可通过外形调控、多种结构串并 联等方式提高发电量、氢气生成量、二氧化碳消耗量等因素。
3、环保优势：既节能减排，绿色发电能源新形势，一方面相应了国家的政 策号召，另一方面制备出的氢气可直接作为氢能源使用，一定程度上回避了目前 氢能源应用中的储氢难题，可外接燃料电池系统、超级电容器系统，达到能量的 高效转化和存储。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要 使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些 实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以 根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施系统中的工作示意图；
图2为本发明设备运行时电流与氢气或二氧化碳的产率之间的关系。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清 楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全 部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳 动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-2，本发明提供一种技术方案：
一种基于锌或铝空气电池系统的CO2制氢发电方法,其特征在于,包括以下 步骤：
步骤一：在电池的阴极通入二氧化碳气体，由于二氧化碳气体极易溶解在溶 液中形成碳酸的化学性质，会发生如下化学平衡
步骤二：氢质子富集在电池系统阴极侧的电极催化剂表面与阳极侧传递来的 电子结合，生成氢气，随着氢气生成后从溶液中自动排出，被消耗掉的氢质子会 不断打破这个化学平衡来促使更多的二氧化碳溶解；
步骤三：在电池系统的阳极侧，采用金属锌或金属铝作为质子电子的来源， 依据化学反应，Zn+4OH-→Zn(OH)4 2-+2e-,E0＝-1.25V；Al+3OH-→Al(OH)3 +3e-E0＝-2.31V；
步骤四：在电池系统的阴极侧则发生氢气析出反应，2H++2e-→H2(g)E0＝0.00V。
进一步的，在步骤一当中，所述溶液具体可为海水、去离子水或氢氧化钾 溶液。
进一步的，所述电池系统的阴极和阳极采用大小可变的双腔结构，可根据 使用者对电能或氢气的产生而发生变化。
进一步的，所述电池系统的阴极和阳极分别注入不同种类的碱性溶液。
进一步的，所述电池系统的阳极装配金属锌片或铝片，阴极插入特质催化 剂电极，所述特质催化剂电极具体为Pt/C电极、或钙钛矿氧化物电极。
所述电池系统的阴极和阳极采用大小可变的双腔结构，可根据使用者对电 能或氢气的产生而发生变化，所述电池系统的阳极装配金属锌片或铝片，阴极插 入特质催化剂电极，所述特质催化剂电极具体为Pt/C电极、或钙钛矿氧化物电 极，阴阳两级中间采用特质的陶瓷膜隔离使其离子可以自由交换，在本系统装备 完成后，阴极侧通入CO2，阳极侧插入铝片或锌片等金属片后，双腔系统可以自 发的完成上述功能。目的在于在阴极处消耗CO2，并且大量产生H2，同时还能提 供电能。
本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等 的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本 发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一 定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可 以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没 有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据 本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例， 是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很 好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (5)
1.一种基于锌或铝空气电池系统的CO2制氢发电方法,其特征在于,包括以下步骤：
步骤一：在电池的阴极通入二氧化碳气体，由于二氧化碳气体极易溶解在溶液中形成碳酸的化学性质，会发生如下化学平衡
步骤二：氢质子富集在电池系统阴极侧的电极催化剂表面与阳极侧传递来的电子结合，生成氢气，随着氢气生成后从溶液中自动排出，被消耗掉的氢质子会不断打破这个化学平衡来促使更多的二氧化碳溶解；
步骤三：在电池系统的阳极侧，采用金属锌或金属铝作为质子电子的来源，依据化学反应，Zn+4OH-→Zn(OH)4 2-+2e-,E0＝-1.25V；Al+3OH-→Al(OH)3+3e-E0＝-2.31V；
步骤四：在电池系统的阴极侧则发生氢气析出反应，2H++2e-→H2(g)E0＝0.00V。
2.根据权利要求1所述的一种基于锌或铝空气电池系统的CO2制氢发电方法，其特征在于：在步骤一当中，所述溶液具体可为海水、去离子水或氢氧化钾溶液。
3.根据权利要求1所述的一种基于锌或铝空气电池系统的CO2制氢发电方法，其特征在于：所述电池系统的阴极和阳极采用大小可变的双腔结构，可根据使用者对电能或氢气的产生而发生变化。
4.根据权利要求1所述的一种基于锌或铝空气电池系统的CO2制氢发电方法，其特征在于：所述电池系统的阴极和阳极分别注入不同种类的碱性溶液。
5.根据权利要求1所述的一种基于锌或铝空气电池系统的CO2制氢发电方法，其特征在于：所述电池系统的阳极装配金属锌片或铝片，阴极插入特质催化剂电极，所述特质催化剂电极具体为Pt/C电极、或钙钛矿氧化物电极。
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| WO2019182284A1 (ko) * | 2018-03-19 | 2019-09-26 | 울산과학기술원 | 이산화탄소 활용 시스템 및 이를 포함하는 복합 발전 시스템 |
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