CN114988356B - 一种电子辐照液态水制备氢气和氧气的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电子辐照液态水制备氢气和氧气的装置及方法，包括电子源室和反应室两部分，二者用高熔点的金属膜隔离；电子源室内设置有阴极、绝缘芯变压器和整流滤波器、加速器及作为阳极的金属膜；反应室内设置有集气阴极、集气阳极、氢气分离室以及氧气分离室，集气阳极和集气阴极与直流电源DC的正负极相连；本发明与传统的方法和装置相比存在许多优势，无需催化剂、溶质、水蒸汽化和辅助载气，具有能量源和反应器分离、稳定、安全等优势。方法具有新颖性，未见报道。本发明具有很好的实用价值，提供了一种可持续的丰富水和能量资源协同转化为氢气的路线，也可为化石燃料的氢化和气化提供借鉴。

Description

一种电子辐照液态水制备氢气和氧气的装置及方法

技术领域

本发明属于高电压技术领域，涉及一种电子辐照液态水制备氢气和氧气的装置及方法。

背景技术

当今全球氢气产量约为7000万吨/年。其中50％的氢气用于合成氨气(NH₃)，这是极其重要的肥料及肥料来源。15％的氢气用于其他化学品，如盐酸等。氢气的其它工业用途有：乙醇乙酸的合成，冶金、半导体和电灯等制造工业中作为保护性或还原性的气氛，食用油生产中的催化氢化，等等。氢气还作为一种存储和传输能量的方法、越来越重要的燃料，用于火箭以及机动车中由燃料电池将氢转化为电。

制取氢气的工艺路线有很多种。全世界生产的大部分氢气都是通过甲烷(CH₄)蒸汽重整(SMR)生产的，这导致每年二氧化碳排放10亿吨。世界化石燃料年二氧化碳排放量接近360亿吨，其中25％的排放来自发电和供热，20％来自工业，20％来自交通。由于全球变暖和二氧化碳排放之间的联系，以及地球上化石燃料的越来越难以大规模获取和逐渐枯竭所形成的能源危机，人类开始倾向于利用太阳能、风能等可再生能源从水中制取氢气。

目前，从水中制取氢气主要有电解法、光解法和等离子体放电法三种。

水电解制氢的耗电很高，生产1公斤氢气耗电60kWh。由于溶液和外回路电阻的影响，目前电解水制氢的电解效率不高，约为50％-70％。考虑经济技术性时，可再生能源产生的电价降至0.14元/千瓦时或以下，且整体太阳能对氢(STH)的效率为30％时，水电解才会具有竞争力。更详细地研究表明，这种低成本的电价只在实施阶梯电价时的一天中的小部分时间段可用。因此，经济性表明，电解池需要连接到电网才能工作24小时，这意味着需要将其他可再生能源整合到光伏电网中，以便在不排放二氧化碳的情况下从水中制备氢气。

光催化水制氢中，很多半导体光催化剂不具备合适的禁带宽度，或光量子产率不高，或半导体的导带或价带的能带位置与水的还原电位和氧化电位不匹配；光生电子和空穴对的寿命、催化剂表面进行还原反应的速率以及氢气和氧气生成水逆反应的强度等问题都亟待解决。

等离子体水制氢研究尚处于初步探索阶段，要工业化还有距离。在水蒸汽情况下制氢，液态水气化需要消耗能量。尚不能在液态水中放电电离制氢，是因为在水中流注状放电过程中形成的电子的平均能量估计为0.5-2eV，与电子能量高达10eV的气相放电相比要低得多。目前大部分研究是在有Ar载气下开展的，激发态的Ar与水分子碰撞更有效地离解水产生氢气，氩气提高了分解速度，但它的损耗、回收再利用增加了制氢成本。阻挡介质在放电过程中的劣化仍值得关注。采用单阻挡介质时，在反应器内的电极在放电过程中腐蚀、损耗以及它们的生成物对氢气生产和收集有影响。最重要的是，等离子体放电水制氢，电源加速电子时不可分离地也驱动其它正负离子而消耗电能，所以等离子体放电水制氢的效率是个问题。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中的问题，提供一种电子辐照液态水制备氢气和氧气的装置及方法。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

第一方面，本发明公开了一种电子辐照液态水制备氢气和氧气的装置，包括：

电子源室，所述电子源室内设置有阴极；电子源室安装在反应室上，且通过金属膜与反应室相连通；阴极与作为阳极的金属膜之间设置有用于给电子加速的加速器；阴极与加速器均与低压交流电源相连；

反应室，所述反应室内设置有集气阴极、集气阳极，氢气分离室和氧气分离室；集气阳极和集气阴极分别连接至直流电源的正负极上；氢气分离室设置于集气阴极的上方，氧气分离室设置于集气阳极的上方；氢气分离室和氧气分离室上分别连接氢气收集系统和氧气收集系统。

上述装置进一步的改进在于：

所述阳极与加速器通过绝缘芯变压器和整流滤波器与低压交流电源相连。

所述绝缘芯变压器和整流滤波器设置于电子源室内，低压交流电源设置于电子源室外部。

所述阳极为间热式，并采用六硼化镧制成。

所述电子源室上还连接有真空系统，用于保持电子源室内的真空度。

所述氢气收集系统包括第一压缩机，以及连接在第一压缩机出口处的氢气罐，第一压缩机的入口管道上还连接有氢气检测室。

所述氧气收集系统包括第二压缩机，以及连接在第二压缩机出口处的氧气罐，第二压缩机的入口管道上还连接有氧气检测室。

所述反应室设置有入水口和出水口，入水口上依次连接第一水阀、第一水泵以及蓄水池，蓄水池的入口连接反应室的出水口。

所述蓄水池设置有补水口，补水口上依次连接第二水阀、第二水泵以及水库。

第二方面，本发明公开了一种电子辐照液态水制备氢气和氧气的方法，包括以下步骤：

步骤1，开启真空系统电源，将电子源室抽至超高真空状态；

步骤2，打开第一水阀，启动第一水泵，使水循环流经反应室；

步骤3，开启直流电源，反应室的集气阳极和集气阴极形成静电场；

步骤4，开启低压交流电源，经绝缘芯变压器和整流滤波器升压整流滤波后给加速器供电，并对阴极加热，在高温的阴极和加速器之间的强电场下发射出电子束；电子束经加速器加速后穿透金属膜进入反应室；

步骤5，透射进来的电子束轰击反应室的液态水生成氢气、氢离子、氧气和氧离子；集气阴极和集气阳极之间的静电场使氢离子等阳离子运动到集气阴极获得电子形成氢气，使氧离子等阴离子运动到集气阳极释放电子形成氧气；氢气分离室和氧气分离室分别从混合气体中分离氢气和氧气。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明与传统的方法和装置相比存在许多优势，无需催化剂、溶质、水蒸汽化和辅助载气，具有能量源和反应器分离、稳定、安全等优势。方法具有新颖性，未见报道。本发明具有很好的实用价值，提供了一种可持续的丰富水和能量资源协同转化为氢气的路线，也可为化石燃料的氢化和气化提供借鉴。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为电解水制氢原理的示意图。

图2为太阳光光解水的示意图。

图3为等离子体放电分解水的示意图。

图4为本发明电子辐照液态水制备氢气和氧气的装置原理图。

其中：1-阳极，2-阴极，3-直流电源，4-隔膜，5-氢气出口，6-氧气出口，7-直流偏置电源，8-电解液，9-高频电源，10-电极A，11-电极B，12-阻挡介质，13-水蒸汽和氩气/氦气入口，14-氢气、氧气、氩气/氦气和其它气体出口，15-等离子体放电区，16-电子源室，17-反应室，18-金属膜，19-阴极，20-绝缘芯变压器和整流滤波器，21-加速器，22-低压交流电源，23-集气阴极，24-集气阳极，25-氢气分离室，26-氧气分离室，27-第一压缩机，28-氢气罐，29-氢气检测室，30-第二压缩机，31-氧气罐，32-氧气检测室，33-入水口，34-第一水阀，35-第一水泵，36-蓄水池，37-补水口，38-第二水泵，39-水库，40-出水口，41-第二水阀，42-真空系统，DC1-直流电源。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“水平”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，若出现术语“水平”，并不表示要求部件绝对水平，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

目前，从水中制取氢气主要有电解法、光解法和等离子体放电法三种。下面分别对这三种方法进行介绍。

(1)电解法：

目前水电解的电解槽有碱性电解槽(AEC)、质子交换膜电解槽(PEM)(或者固体高分子电解质SPE)和固体氧化物电解槽(SOEC)。通过电解水得到的氢气纯度较高，可达99.99％。

电解法从水中制取氢气，因为水的电导率极低，不能采用纯净水而使用电解液。原则上酸性电解液可电解产生氢和氧，但因腐蚀性强，设备选材及制造困难，所以一般不采用。通常水电解制氢都采用碱性电解液，即KOH或NaOH。

电解水的反应式为

@阳极，

@阴极，2H₂O+2e^-→2OH^-+H₂

总反应，2H₂O→2H₂+O₂

水电解槽的阴极多用镍或镀镍的软钢，或喷砂处理的软钢。为了获得纯净的氢气和氧气，同时防止二者混合爆炸，电解槽内必须使用隔膜分隔。

碱性电解槽的结构有箱式单极式、压滤机式复极式。箱式单极式电解槽装置简单、易维修和构件低廉，缺点是连接的导体多、外电路上的欧姆电压降大、占地面积大，时空产率不高，不适于大规模生产。压滤机式复极式电解槽结构紧凑、占地面积小、金属导体少、外电路的欧姆电压降低等，但结构较复杂、检修难度稍大、相邻两个电池间易漏电，极板的同一面上产生极性不相同的点易发生电化学腐蚀。另外，隔膜需要具有低的电阻值和良好的力学性能，并能有效地防止气体扩散、耐碱液腐蚀，多采用石棉隔离，但其具有致癌性，它直接影响电解池的使用寿命，隔膜可能会被杂质堵塞并且电阻升高，这限制了电流密度，因此需要开发稳定的、电流密度大的碱性膜，并提高电解池的寿命。

质子交换膜采用纯水避免了电解液对槽体的腐蚀，安全性相比较高。固体高分子离子交换膜(质子交换膜)作为电解质并起到隔膜的作用，目前采用固态Nafion全氟磺酸膜。电极采用具有催化活性的贵金属或其氧化物，并将它们制成较大比面积的粉体，利用Teflon粘合并压在膜的两面，形成膜与电极的结合体。整个电解槽由多个这种膜电极结合件构成，中间还有电流集流器和导气网膜。

质子交换膜电解槽工作时，水在阳极室循环，在阳极发生氧化反应生成氧气，氢离子在电场作用下透过质子交换膜在阴极与电子结合，发生还原反应生成氢气。质子交换膜中的氢离子以水合氢离子形式在磺酸基之间转移从而实现离子导电。

质子交换膜电解槽的优点是电流密度高、槽电压低、无溶液欧姆降、气泡效应小等，然而主要问题是技术复杂、电极和质子交换膜的价格均很昂贵，且如果质子交换膜电解槽工作过高，固体高分子离子交换膜可分解产生有毒气体。

固体氧化物电解池(SOEC)在高温(800-1000℃)下，水蒸气从阴极进入并电解生成H₂和通过电解质层到达阳极并释放电子生成O₂。SOEC因电解效率大等优点近年来得到研究。固体氧化物电解池的中间是致密电解质层，用于隔开氧气和氢气，并传导阳离子和质子，因此要求电解质结构致密且拥有较高的离子传导和可忽略的质子传导。两侧分别是有利于氢气和氧气传输的多孔结构氢电极和氧电极。

SOEC的关键材料包括电解质、氧电极和氢电极。因工作温度高，因此关键材料在高温下的结构稳定性和化学稳定性对SOEC性能影响很大。目前，电解质材料主要分为ZrO₂基、CeO₂基、Bi₂O₃基和ABO₃类钙钛矿四类。

传统SOEC长期运行过程中，氧电极和电解质界面处容易发生脱层，氧电极活性下降，造成性能急剧衰减。SOEC面临的最大问题是陶瓷基的SOEC不适合在高压下和动态电力输出下工作。与其它两种技术相比成熟度最低，目前尚未实现工业化应用。

(2)光解法

1972年，Fujishima等使用单晶光电极可在太阳光驱动下将水分解为氢和氧。光解水在制氢的途径上更直接，因而其技术的研究迅速成为多学科领域的热点。

采用电化学电池电解水需外加电位差至少大于1.23V，而实际应用中一般要在1.8V以上，在光照射下有可能使水的分解在小于1.23V，甚至不需外加电压就可进行。

利用光催化分解水制备氢气有光化学电池、半导体光催化、光助络合催化和人工模拟光合作用分解水的过程等四种途径来进行。而采用半导体光催化分解水制氢是最简便的过程。

该方法的原理是当光照射到半导体电极表面时，在光量子作用下，若光量子的能量大于半导体的禁带宽度Eg时，处于价带中的电子将跃迁到导带，对n型半导体而言，价带中形成的空穴P⁺将越出界面，使溶液中还原态的电子给予体R发生氧化作用：R+P⁺→R⁺。

对p型半导体来说，则电子e^－将越过界面作为氧化态，使电子接受体O发生还原：O+e^－→O^－。

例如，以TiO₂(n型半导体)和Pt组成以下电池：(－)n－TiO₂|电解质水溶液|Pt(+)。

当适当波长的光照射到n－TiO₂电极上时，可以激发发生空穴：

hv→P⁺+e^－

电子沿外线路传到Pt阴极发生H⁺的还原，而空穴P⁺则越过界面引起水的氧化，而若在酸性电解液中，两个电极上的反应可写成：

@n－TiO₂阳极：

@Pt阴极：2H⁺+2e^-→H₂

总反应均可写成：

即借助光子的能量实现了水的分解，而且由于有光子的介入，故外加电压可远小于1.23V。

对光催化剂的研究表明，具有d⁰和d¹⁰电子构型的金属离子，如Ti⁴⁺、Zr⁴⁺、Ta⁵⁺、Nb⁵⁺、W⁶⁺、Ga³⁺、In³⁺、Ge⁴⁺、Sn⁴⁺、Sn⁵⁺的氧化物、硫化物和氮化物半导体催化剂可以实现光催化分解制氢。

虽然满足光催化水制氢条件的催化剂已有数百种，但是光催化制氢的效率并不高。主要与以下因素有关：半导体材料禁带宽度的大小决定了其能够吸收太阳光的范围；催化剂的晶相、晶化程度以及表面积；光生电子-空穴对的存活寿命以及催化剂表面进行氧化还原反应的速率；氢气和氧气生成水逆反应的强度。

目前光催化制氢的产率离实际工业化还有很大距离。太阳能光催化分解水制氢工业化的标准为，催化剂能够利用600nm以下波长的太阳光，量子效率大于30％，催化剂的寿命在1年以上，而达到实际应用的标准是催化剂的量子效率至少为10％。有学者研究认为，若日光光谱被利用的量子效率达到5％，则用此法所产生的氢气将比其它方法便宜。实际上，目前用光解水所达到的量子效率只有0.2％左右。

(3)等离子体放电法：

等离子体是不同于固体、液体和气体的物质第四态。它是由部分电子被剥夺后的原子及原子团被电离后产生的正负离子组成的离子化气体状物质。等离子体放电也研究用来对水进行分离制氢。

目前研究较多且被认为具有应用前景的低温等离子体为介质阻挡放电(DBD)。在一个阻挡介质为玻璃的DBD-电晕混合反应器中，Rehman F.等在大气压和较小的电极间距下，对水蒸汽(和氩气)进行等离子体放电分离出了氢气，分离的能量效率和热力学效率分别为78.8％和79.2％。然而，水的汽化热未统计在内。氩气的存在使分解速度是原来的两倍，归因于电子与氩原子碰撞产生激发态Ar(³P)，它与水分子碰撞导致更有效离解激发从而产生额外的OH自由基。可知，添加氩气提高了分解速度，但也增加了制氢成本。另外，等离子体处理后玻璃的表面性质如接触角发生了显著变化。Li W.P.等研究了DBD裂解水制氢时，空气冷却和淬火、水含量、总气体流量、工作电极材料和多孔工作电极的影响。进料条件为300cm³/min的体积比3％的H₂O/Ar，在频率17.3kHz、电压6.93kVp-p的外施电压下达到最佳的水分解性能。由于铜网的大表面积和放电气体的变窄，提高了水的分解性能，尤其是能源效率。由不锈钢棒和铜网组成的多孔工作电极的综合性能最好，氢气产率为7.09％，能量效率为0.68％^[16]。Varne,M.等报道了类似的氩气中DBD中水蒸气转化为氢气的过程，还提及活化硅胶/硅胶和分子筛处理的Ar，导致氢气产率有差异。Dey G.R.等同样报道了利用DBD冷等离子体在氩气中将水蒸汽转化为氢气，探讨了电极材料、外施电压和阻挡介质的影响。

El-Shafie M.等也利用DBD等离子体对温度为573K水蒸汽分解成氢和氧，不使用载气下获得氢气的最大摩尔分数、氢气流量和转化率分别为2.3％、9.42g/h和42.51％，最大热效率为49.32％。

Kierzkowska-Pawlak,H.等研究了利用飞秒激光脉冲(100fs，λ＝800nm)聚焦到含有超纯水的石英池中进行水分裂的方法。该激光所处红外波段不能使水直接光电离，因而聚焦区的水分子要吸收多个光子才能电离(作者假设水的电离能8eV)形成等离子体，进而水分解成H₂和H₂O₂。从这可知，这种飞秒激光脉冲裂解水制造氢气，需要适当的辐照条件下，比如光强度，否则太阳光也能直接水制氢。另外，激光也驱动产生的负离子而耗能。还有，目前激光器的效率最大为55％左右，不包括激光在传输中的损耗。

Lytle S.等研究、分析和模拟了2.45GHz微波形成的等离子体制氢。利用COMSOLMultiphysics的等离子体和电磁波模块进行了2维数值模拟，假设玻璃容器内壁为完美导体，和伸入容器的钨质尖电极之间构成放电间隙，对水蒸汽微波放电分离出氢气和过氧化氢。该研究说明微波放电能从水蒸汽中分离H₂，但未考虑实际大规模应用时微波对周边的电磁干扰和污染，也未考虑微波源是否能做到所需要电压、电流和功率，实际上水的相对介电常数为82，在高浓度水蒸汽时放电间隙构成容值大的电容，这样位移电流非常大。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参见图4，本发明实施例公开了一种电子辐照液态水制备氢气和氧气的装置，包括电子源室16和反应室17两部分，二者用高熔点的金属膜18隔离。

电子源室16内设置有阴极19、绝缘芯变压器和整流滤波器20、加速器21及作为阳极的金属膜18；绝缘芯变压器和整流滤波器20与低压交流电源22相连，将低压交流电源22的电压升压整流滤波后给加速器21供电；阴极19为间热式，并采用六硼化镧材料制成，在高温的阴极19和加速器21之间的强电场下发射出电子束，电子束经加速器21加速后穿透金属膜18进入反应室17；电子源室16上还连接有真空系统42，用于保持电子源室16内的真空度。

反应室17内设置有集气阴极23、集气阳极24、氢气分离室25以及氧气分离室26，集气阴极23和集气阳极24与直流电源DC1的正负极相连；氢气分离室25出口连接氢气收集系统，氢气收集系统包括第一压缩机27，以及连接在第一压缩机27出口处的氢气罐28，第一压缩机27的入口管道上还连接有氢气检测室29；氧气分离室26出口连接氧气收集系统，氧气收集系统包括第二压缩机30，以及连接在第二压缩机30出口处的氧气罐31，第二压缩机30的入口管道上还连接有氧气检测室32；从金属膜18透射过来的电子束轰击的液态水生成氢气、氢离子、氧气和氧离子等物种；集气阴极23和集气阳极24加直流电后形成静电场，使氢离子等阳离子运动到集气阴极获得电子形成氢气，使氧离子等阴离子运动到集气阳极释放电子形成氧气；最后从混合气体分离氢气和氧气。

反应室17设置有入水口33和出水口40，入水口33上依次连接第一水阀34、第一水泵35以及蓄水池36，蓄水池36的入口连接反应室17的出水口40。蓄水池36设置有补水口37，补水口37上依次连接第二水阀41、第二水泵38以及水库39。

本发明还公开一种电子辐照液态水制备氢气和氧气的方法，包括以下步骤：

步骤1，合上真空系统42电源使其工作，将电子源室16抽至超高真空状态。

步骤2，打开水阀，启动水泵，使水循环流经反应室17。

步骤3，合上直流电源DC1，反应室17的集气阳极24和集气阴极23形成静电场。

步骤4，合上低压交流电源22，经电子源室16的绝缘芯变压器和整流滤波器20升压整流滤波后给加速器21供电，并对间热式并采用六硼化镧材料的阴极19加热，高温阴极19和加速器21之间的强电场下发射出电子束；电子束经加速器21加速后穿透金属膜18进入反应室17。

步骤5，透射进来的电子束轰击反应室17的液态水生成氢气、氢离子、氧气和氧离子等物质；集气阴极23和集气阳极24之间的静电场使氢离子等阳离子运动到集气阴极获得电子形成氢气，使氧离子等阴离子运动到集气阳极释放电子形成氧气；氢气分离室25和氧气分离室26分别从混合气体中分离氢气和氧气。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种电子辐照液态水制备氢气和氧气的装置，其特征在于，包括：

电子源室（16），所述电子源室（16）内设置有阴极（19）；电子源室（16）安装在反应室（17）上，且通过金属膜（18）与反应室（17）相连通；阴极（19）与作为阳极的金属膜（18）之间设置有用于给电子加速的加速器（21）；阴极（19）与加速器（21）均与低压交流电源（22）相连；所述阴极（19）与加速器（21）通过绝缘芯变压器和整流滤波器（20）与低压交流电源（22）相连，经绝缘芯变压器和整流滤波器升压整流滤波后给加速器供电，并对阴极加热，在高温的阴极和加速器之间的强电场下发射出电子束；所述绝缘芯变压器和整流滤波器（20）设置于电子源室（16）内，低压交流电源（22）设置于电子源室（16）外部；

反应室（17），所述反应室（17）内设置有集气阴极（23）、集气阳极（24），氢气分离室（25）和氧气分离室（26）；集气阳极（24）和集气阴极（23）分别连接至直流电源（DC1）的正负极上；氢气分离室（25）设置于集气阴极（23）的上方，氧气分离室（26）设置于集气阳极（24）的上方；氢气分离室（25）和氧气分离室（26）上分别连接氢气收集系统和氧气收集系统。

2.根据权利要求1所述的电子辐照液态水制备氢气和氧气的装置，其特征在于，所述阴极（19）为间热式，并采用六硼化镧制成。

3.根据权利要求1所述的电子辐照液态水制备氢气和氧气的装置，其特征在于，所述电子源室（16）上还连接有真空系统（42），用于保持电子源室（16）内的真空度。

4.根据权利要求1所述的电子辐照液态水制备氢气和氧气的装置，其特征在于，所述氢气收集系统包括第一压缩机（27），以及连接在第一压缩机（27）出口处的氢气罐（28），第一压缩机（27）的入口管道上还连接有氢气检测室（29）。

5.根据权利要求1或4所述的电子辐照液态水制备氢气和氧气的装置，其特征在于，所述氧气收集系统包括第二压缩机（30），以及连接在第二压缩机（30）出口处的氧气罐（31），第二压缩机（30）的入口管道上还连接有氧气检测室（32）。

6.根据权利要求1所述的电子辐照液态水制备氢气和氧气的装置，其特征在于，所述反应室（17）设置有入水口（33）和出水口（40），入水口（33）上依次连接第一水阀（34）、第一水泵（35）以及蓄水池（36），蓄水池（36）的入口连接反应室（17）的出水口（40）。

7.根据权利要求6所述的电子辐照液态水制备氢气和氧气的装置，其特征在于，所述蓄水池（36）设置有补水口（37），补水口（37）上依次连接第二水阀（41）、第二水泵（38）以及水库（39）。

8.一种采用权利要求1-7任一项所述装置的电子辐照液态水制备氢气和氧气的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，开启真空系统（42）电源，将电子源室（16）抽至超高真空状态；

步骤2，打开第一水阀（34），启动第一水泵（35），使水循环流经反应室（17）；

步骤3，开启直流电源（DC1），反应室（17）的集气阳极（24）和集气阴极（23）形成静电场；

步骤4，开启低压交流电源（22），经绝缘芯变压器和整流滤波器（20）升压整流滤波后给加速器（21）供电，并对阴极（19）加热，在高温的阴极（19）和加速器（21）之间的强电场下发射出电子束；电子束经加速器（21）加速后穿透金属膜（18）进入反应室（17）；

步骤5，透射进来的电子束轰击反应室（17）的液态水生成氢气、氢离子、氧气和氧离子；集气阴极（23）和集气阳极（24）之间的静电场使氢离子运动到集气阴极获得电子形成氢气，使氧离子运动到集气阳极释放电子形成氧气；氢气分离室（25）和氧气分离室（26）分别从混合气体中分离氢气和氧气。