CN114717574A - 一种通过氢离子捕获电子制备氢气的方法及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种通过氢离子捕获电子制备氢气的方法及应用，包括：将装有水的氢离子分离设备接入电源，电源在氢离子分离设备中产生多频电流，通过多频电流产生电磁振荡，将水分子电离形成氢氧根离子和氢离子,将氢离子引入氢离子分离设备的第一腔体中,氢氧根离子引入氢离子分离设备的第二腔体中；氢离子通过第一输送管道由第一腔体输送到氢气生成设备中；第一输送管道为金属管道；空气中的自由电子通过第一输送管道的管壁引入至氢气生成设备中，使得自由电子与氢离子结合，形成氢气；氢气由氢气生成设备通过第一导管输送至氢气过滤器进行过滤后，由第二导管输送到氢气储气罐中进行存储。

Description

一种通过氢离子捕获电子制备氢气的方法及应用
技术领域
本发明涉及清洁能源技术领域，特别涉及一种通过氢离子捕获电子制备氢气的方法及应用。
背景技术
氢能可通过太阳能、风能和电能等清洁能源分解水获取，水可以实现与氢之间的循环利用。当前，工业常用制氢方法按其原料可分为有机物分解制氢、NH3反应制氢、生物质制氢和水解制氢等，现有多数制氢技术都会造成大量的二氧化碳排放，而电解水制取氢气技术立足于未来碳中性乃至负碳，且技术相对成熟，国际上越来越关注电解水制氢。
当前电解水制氢技术根据电解方式的不同主要分为三类，即碱性电解水制氢技术(ALK)、固体氧化物电解水制氢技术(SOEC)和质子交换膜电解水技术(PEM)，这三种制氢技术都属于电耗高，且需要考虑电极材料、催化剂及隔膜材料等多因素的影响，所以制氢成本非常高。因此，需要设计一种低成本且操作简单的电解水制氢技术。
发明内容
本发明实施例提供了一种通过氢离子捕获电子制备氢气的方法及应用，利用可再生能源形成的直流电，通过电势的能量传递形成的电子多频波束，对水分子里氢离子的弱共键电子进行持续电离，使氢离子快速从水分子中脱出，消耗少量电能即可生成大量氢离子，降低电能消耗，并且不需要使用传统制氢技术的电极材料、催化剂及隔膜等材料，降低成本,有利于环保要求。电离出的氢离子捕获空气中的自由电子形成氢气，生成的氢气可应用于氢燃料电池中，输出的电量大于电离水消耗的电量，实现发电增益。
第一方面，本发明实施例提供了一种通过氢离子捕获电子制备氢气的方法，所述方法包括：
将装有水的氢离子分离设备接入电源，所述电源在所述氢离子分离设备中产生多频电流，通过多频电流产生电磁振荡，将水分子电离形成氢氧根离子和氢离子,将所述氢离子引入所述氢离子分离设备的第一腔体中,所述氢氧根离子引入所述氢离子分离设备的第二腔体中；
所述氢离子通过第一输送管道由所述第一腔体输送到氢气生成设备中；所述第一输送管道为金属管道；
空气中的自由电子通过所述第一输送管道的管壁引入至所述氢气生成设备中，使得所述自由电子与所述氢离子结合，形成氢气；
所述氢气由所述氢气生成设备通过第一导管输送至氢气过滤器进行过滤后，由第二导管输送到氢气储气罐中进行存储。
优选的,所述方法还包括：在所述第二腔体中对所述氢氧根离子进行电离形成水和氧气,所述氧气通过第二输送管道输送到氧气储气罐中进行存储。
优选的,所述方法还包括：通过设置在所述氢气生成设备中的电子引导装置促使空气中的自由电子通过所述第一输送管道的管壁引入至所述氢气生成设备中；所述电子引导装置为1个或多个。
优选的,所述电子引导装置包括合成电子吸盘；所述合成电子吸盘呈螺旋状丝网叠加结构；所述合成电子吸盘为1个或多个。
优选的,所述电源输出的为直流电。
进一步优选的,所述直流电由可再生能源形成。
优选的,所述氢离子分离设备和所述氢气生成设备均为密封设备；所述氢离子分离设备还包括离子分离器；所述离子分离器为1个或多个；所述离子分离器的材质为铁镍合金。
进一步优选的,所述离子分离器包括第一发生管和第二发生管；所述第一发生管接电源的正极，所述第二发生管接电源的负极。
进一步优选的,所述第一发生管与所述第二发生管同轴设置，且所述第一发生管的管径尺寸大于所述第二发生管的管径尺寸；所述第一发生管与所述第二发生管的材质均为铁镍合金。
第二方面，一种第一方面所述的通过氢离子捕获电子制备氢气的方法的应用,所述方法用于制备氢燃料电池所用的氢气。
本发明实施例提供了一种通过氢离子捕获电子制备氢气的方法及应用，利用可再生能源形成的直流电，通过电势的能量传递形成的电子多频波束，对水分子里氢离子的弱共键电子进行持续电离，使氢离子快速从水分子中脱出，消耗少量电能即可生成大量氢离子，降低电能消耗，并且不需要使用传统制氢技术的电极材料、催化剂及隔膜等材料，降低成本,有利于环保要求。电离出的氢离子捕获空气中的自由电子形成氢气，生成的氢气可应用于氢燃料电池中，输出的电量大于电离水消耗的电量，实现发电增益。
附图说明
下面通过附图和实施例，对本发明实施例的技术方案做进一步详细描述。
图1是本发明实施例提供的通过氢离子捕获电子制备氢气的方法流程图；
图2是本发明实施例1提供的通过氢离子捕获电子制备氢气的设备连接示意图。
具体实施方式
下面通过附图和具体的实施例，对本发明进行进一步的详细说明，但应当理解为这些实施例仅仅是用于更详细说明之用，而不应理解为用以任何形式限制本发明，即并不意于限制本发明的保护范围。
本发明实施例提供了一种通过氢离子捕获电子制备氢气的方法，具体步骤如图1所示，包括：
步骤110，将装有水的氢离子分离设备接入电源，电源在氢离子分离设备中产生多频电流，通过多频电流产生电磁振荡，将水分子电离形成氢氧根离子和氢离子,将氢离子引入氢离子分离设备的第一腔体中,氢氧根离子引入氢离子分离设备的第二腔体中；
具体的，氢离子分离设备为密封设备，包括1个或多个离子分离器；离子分离器包括第一发生管和第二发生管；第一发生管接电源的正极，第二发生管接电源的负极；第一发生管与第二发生管同轴设置，且第一发生管的管径尺寸大于第二发生管的管径尺寸，水在第一发生管与第二发生管的管壁之间流动；
电源输出的为可再生能源形成的直流电，接通电源后，第一发生管与第二发生管之间产生多频电流，通过多频电流产生电磁振荡对水分子进行电离，生成氢离子和氢氧根离子，将氢离子引入氢离子分离设备的第一腔体中,氢氧根离子引入氢离子分离设备的第二腔体中，完成分离氢离子的步骤。
其中，离子分离器、第一发生管和第二发生管的材质可优选的选用铁镍合金。
步骤120，氢离子通过第一输送管道由第一腔体输送到氢气生成设备中；第一输送管道为金属管道。
步骤130，空气中的自由电子通过第一输送管道的管壁引入至氢气生成设备中，使得自由电子与氢离子结合，形成氢气；
具体的，空气中的自由电子与氢离子在第一输送管道和氢气生成设备的腔体中就可以结合形成氢气；而设置在氢气生成设备中的电子引导装置，可以促进空气中的自由电子通过第一输送管道的管壁引入至氢气生成设备中，以使自由电子与氢离子能够快速结合形成氢气，提高制备氢气的效率。
可选的方案中，电子引导装置采用合成电子吸盘，合成电子吸盘呈螺旋状丝网叠加结构，该结构根据流体螺旋加速的原理，使空气中的自由电子沿三维轨迹受到多次加速引流，进而快速的将自由电子由第一输送管道12中引入到氢气生成设备3中与氢离子结合，提高制备氢气的效率。其中，合成电子吸盘周围的电子数量较多；合成电子吸盘的数量可以为1个或多个。
步骤140，氢气由氢气生成设备通过第一导管输送至氢气过滤器进行过滤后，由第二导管输送到氢气储气罐中进行存储。
此外，在氢离子分离设备的第二腔体中对氢氧根离子进行电离形成水和氧气,氧气通过第二输送管道输送到氧气储气罐中进行存储，氧气储气罐的气压小于第二腔体中的气压，以便氧气从第二腔体中流向氧气储气罐中。
本实施例提供的通过氢离子捕获电子制备氢气的方法可应用于制备氢燃料电池所用的氢气。
为更好的理解本发明提供的技术方案，下述以具体实例说明本发明通过氢离子捕获电子制备氢气的方法及所使用的设备。
实施例1
本实施例提供了一种通过氢离子捕获电子制备氢气的方法所使用的设备，如图2所示，包括：电源1、氢离子分离设备2、氢气生成设备3、氢气过滤器4、氢气储气罐5和氧气储气罐6。
电源1分别与氢离子分离设备2和氢气生成设备3连接，提供直流电。
其中，氢离子分离设备2包括离子分离器7、第一腔体8和第二腔体9。离子分离器7包括第一发生管10和第二发生管11，第一发生管10与第二发生管11同轴设置，且第一发生管10的管径尺寸大于第二发生管11管径尺寸；离子分离器7、第一发生管10与第二发生管11的材料使用铁镍合金。
电源1的正极与离子分离器7的第一发生管10连接，负极与离子分离器7的第二发生管11连接，电源1为离子分离器7提供多频电流，离子分离器7电解水生成氢离子和氢氧根离子，将氢离子引入第一腔体8中，氢氧根离子引入第二腔体9中。
氢离子分离设备2和氢气生成设备3均为密封设备。氢离子分离设备2通过第一输送管道12与氢气生成设备3连接；第一输送管道12为金属管道，可将第一腔体8中的氢离子和空气中的自由电子输入到氢气生成设备3的电子引导装置13中，电子引导装置13中的合成电子吸盘(图中未示出)采用的是一种螺旋状丝网叠加结构；自由电子可在合成电子吸盘中与氢离子结合，形成氢气。
形成的氢气由氢气生成设备3的顶部第一导管14输出到氢气过滤器4中，经过过滤通过第二导管15输送至氢气储气罐5中储存。
第二腔体10中的氢氧根离子经电离后形成水和氧气，其中，氧气通过第二输送管道16输送至氧气储气罐6中储存。
实施例2
本实施例提供了一种通过氢离子捕获电子制备氢气的方法，结合图2说明本方法的具体步骤，包括：
(1)接通电源1，输入电压为12V，电流为0.5A，电源1的正极接氢离子分离设备2的离子分离器7中的第一发生管10，负极接第二发生管11，通过第一发生管10与第二发生管11之间形成的多频电流产生电磁振荡，将水分子电离形成氢氧根离子和氢离子,将氢离子引入氢离子分离设备2的第一腔体8中,氢氧根离子引入氢离子分离设备2的第二腔体9中。
离子分离器8中每分钟可产生约0.014摩尔-0.015摩尔的氢离子。
其中，氢氧根离子在第二腔体9中电离形成水和氧气,氧气通过第二输送管道16输送到氧气储气罐6中。
(2)氢离子通过第一输送管道12由第一腔体8输送到氢气生成设备3的电子引导装置13中的合成电子吸盘(图中未示出)。
(3)空气中的自由电子通过第一输送管道12传输至氢气生成设备3中，使得自由电子与氢离子可在合成电子吸盘(图中未示出)中结合，形成氢气。
(4)形成的氢气由氢气生成设备3上部的第一导管14输送至氢气过滤器4中，对所形成的氢气进行过滤，并将过滤后的氢气通过第二导管15输送至氢气储气罐5中进行储存。
本实施例通过氢离子捕获电子制备氢气的方法，每立方米/秒吸附自由电子量为0.0002摩尔，每分钟生成约0.014克氢气。
本发明实施例提供了一种通过氢离子捕获电子制备氢气的方法及应用，利用可再生能源形成的直流电，通过电势的能量传递形成的电子多频波束，对水分子里氢离子的弱共键电子进行持续电离，使氢离子快速从水分子中脱出，消耗少量电能即可生成大量氢离子，降低电能消耗，并且不需要使用传统制氢技术的电极材料、催化剂及隔膜等材料，降低成本,有利于环保要求。电离出的氢离子捕获空气中的自由电子形成氢气，生成的氢气可应用于氢燃料电池中，输出的电量大于电离水消耗的电量，实现发电增益。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种通过氢离子捕获电子制备氢气的方法，其特征在于，所述方法包括：
将装有水的氢离子分离设备接入电源，所述电源在所述氢离子分离设备中产生多频电流，通过多频电流产生电磁振荡，将水分子电离形成氢氧根离子和氢离子,将所述氢离子引入所述氢离子分离设备的第一腔体中,所述氢氧根离子引入所述氢离子分离设备的第二腔体中；
所述氢离子通过第一输送管道由所述第一腔体输送到氢气生成设备中；所述第一输送管道为金属管道；
空气中的自由电子通过所述第一输送管道的管壁引入至所述氢气生成设备中，使得所述自由电子与所述氢离子结合，形成氢气；
所述氢气由所述氢气生成设备通过第一导管输送至氢气过滤器进行过滤后，由第二导管输送到氢气储气罐中进行存储。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述方法还包括：在所述第二腔体中对所述氢氧根离子进行电离形成水和氧气,所述氧气通过第二输送管道输送到氧气储气罐中进行存储。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述方法还包括：通过设置在所述氢气生成设备中的电子引导装置促使空气中的自由电子通过所述第一输送管道的管壁引入至所述氢气生成设备中；所述电子引导装置为1个或多个。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述电子引导装置包括合成电子吸盘；所述合成电子吸盘呈螺旋状丝网叠加结构；所述合成电子吸盘为1个或多个。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述电源输出的为直流电。
6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,所述直流电由可再生能源形成。
7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述氢离子分离设备和所述氢气生成设备均为密封设备；所述氢离子分离设备还包括离子分离器；所述离子分离器为1个或多个；所述离子分离器的材质为铁镍合金。
8.根据权利要求7所述的方法,其特征在于,所述离子分离器包括第一发生管和第二发生管；所述第一发生管接电源的正极，所述第二发生管接电源的负极。
9.根据权利要求8所述的方法,其特征在于,所述第一发生管与所述第二发生管同轴设置，且所述第一发生管的管径尺寸大于所述第二发生管的管径尺寸；所述第一发生管与所述第二发生管的材质均为铁镍合金。
10.一种权利要求1-9任一所述的通过氢离子捕获电子制备氢气的方法的应用,其特征在于,所述方法用于制备氢燃料电池所用的氢气。
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