CN219260210U - 一种新型太阳能析氢装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及新能源制备技术领域，具体涉及一种新型太阳能析氢装置。包括太阳能析氢核心板，所述太阳能析氢核心板上端依次设置有上腔体框架、透光板和上支撑框架，其下端依次设置有下腔体框架、电解液隔板和下支撑框架；所述太阳能析氢核心板、上腔体框架、透光板相互之间均通过垫圈密封形成上腔体，所述太阳能析氢核心板、下腔体框架、电解液隔板相互之间均通过垫圈密封形成下腔体；所述上支撑框架和所述下支撑框架通过螺丝和螺帽固定成型。本实用新型的装置省略了电能的储存和运输环节，将太阳能转化为电能后立即转化为化学能裂解水的过程，通过在太阳能析氢核心板上开孔并设置有质子交换膜，既实现电流通路，而且密封性好，可完全隔绝两种气体。

Description

一种新型太阳能析氢装置

技术领域

本实用新型涉及新能源制备技术领域，具体涉及一种新型太阳能析氢装置。

背景技术

氢能被誉为未来的“终极能源”，其燃烧产物为水，又可通过水分解制取，具备清洁、可再生的优势；其燃烧值在除了核燃料以外的所有化石燃料、化工燃料和生物质燃料中最高；不仅可以直接燃烧提供能量，通过燃料电池发电、提供动力，还可以作为储存、运输和转化其他清洁能源(太阳能、风能、生物能)的重要媒介。

氢能的获取方式很多，传统上从原料来源主要分为：一类是以矿物资源(如煤、石油或天然气等)为原料，进行重整或者部分氧化制氢，但同时生成导致温室效应的CO2气体；另一类则是以水为反应物，通过电解或者热解制氢等。随着新能源的崛起，以水为原料的利用其他清洁能源(如太阳能、风能)制氢最具有可持续发展的前景。利用太阳能生产氢气的系统，有光分解制氢，太阳能发电和电解水组合制氢系统。太阳能制氢是近30～40年才发展起来的。到目前为止，对太阳能制氢的研究主要集中在如下几种技术：光伏法、光热法、光合成法、光电化学法等。其中光伏法析氢是指将太阳能转化为电能再转化为化学能的过程，也是太阳能制氢研究中转化效率较高和研究较为完善的一种方法。

然而目前的光伏法析氢主要是先将太阳能转化为电能，将电能储备后再进行水的裂解，而电能的储备和运输会有大量的能量损失，换言之，会降低太阳能的转化率。再者太阳能析氢的产业化装置为当下研究短板。

实用新型内容

本实用新型解决的技术问题是提供一种可实现在太阳光下即时产氢并收集洁净氢气的太阳能析氢单元装置。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种新型太阳能析氢装置，包括太阳能析氢核心板，所述太阳能析氢核心板上端依次设置有上腔体框架、透光板和上支撑框架，其下端依次设置有下腔体框架、电解液隔板和下支撑框架；所述太阳能析氢核心板、上腔体框架、透光板相互之间均通过垫圈密封形成上腔体，所述太阳能析氢核心板、下腔体框架、电解液隔板相互之间均通过垫圈密封形成下腔体；所述上支撑框架和所述下支撑框架通过螺丝和螺帽固定成型。

进一步地，所述太阳能析氢核心板包括太阳能电池板、正极催化剂及其衬底、负极催化剂及其衬底和导线，所述正极催化剂及其衬底和所述负极催化剂及其衬底分别固定在所述太阳能电池板两面；所述太阳能电池板上设置有规则排布的通孔，所述通孔中设置有质子交换膜。

进一步地，所述太阳能析氢核心板正面的催化剂衬底为多孔网状结构。

进一步地，所述上腔体框架和所述下腔体框架侧边均开有加料口、气体收集口和废料出口。

进一步地，所述上腔体框架和所述下腔体框架侧边还开有线束口。

进一步地，所述上支撑框架和所述下支撑框架四周相互对应设置有若干梯形突出，所述梯形突出上开有螺纹孔，用于所述螺丝穿过与所述螺帽配合固定。

进一步地，上下支撑框架四周的梯形凸起上下左右互不对称，且上边梯形突出、下边梯形突出、左边梯形突出和右边梯形突出可随意配合卡拼在一起。

本实用新型的有益效果是：

1.本实用新型的装置省略了电能的储存和运输环节，将太阳能转化为电能后立即转化为化学能裂解水的过程。

2.本实用新型在有限的面积中保证最大限度的太阳能转化率，通过在太阳能析氢核心板上开孔并设置有质子交换膜，既实现电流通路，而且密封性好，可完全隔绝两种气体。正负极的催化剂与电池板的正负两极连接并尽可能降低内阻。正面覆盖的催化剂要具有大的孔径，防止遮挡太阳光影响转化率，因此可以保证最大限度的将太阳能转化为氢能源，获得更高的能源和经济价值。

3.本实用新型太阳能析氢装置在整体设计上降低了能量损耗，提高了太阳能的有效转化率，经过巧妙地设计可以很大限度的降低内阻，从而减少能量损失，选取转化率高的太阳能电池板，选择析氢过电位和析氧过电位极低的催化剂作为裂解水的正负极。

附图说明

图1为本实用新型的爆炸结构图；

图2为本实用新型的俯视图和截面图；

图3为本实用新型的装配结构图；

图中标记为：

1、太阳能析氢核心板，2、上腔体框架，3、下腔体框架，4、透光板，5、电解液隔板，6、上支撑框架，7、下支撑框架，8、螺丝，9、螺帽，10、垫圈，11、加料口，12、气体收集口，13、线束口，14、废料出口，101、太阳能电池板，102、正极催化剂及其衬底，103、负极催化剂及其衬底。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

一种新型太阳能析氢装置，如图1所示，包括太阳能析氢核心板1，太阳能析氢核心板1上端依次设置有上腔体框架2、透光板4和上支撑框架6，其下端依次设置有下腔体框架3、电解液隔板5和下支撑框架7；太阳能析氢核心板1、上腔体框架2、透光板4相互之间均通过垫圈10密封形成上腔体，太阳能析氢核心板1、下腔体框架3、电解液隔板5相互之间均通过垫圈10密封形成下腔体；上支撑框架6和下支撑框架7通过螺丝和螺帽固定成型。

如图2所示，太阳能析氢核心板1包括太阳能电池板101、正极催化剂及其衬底102、负极催化剂及其衬底103和导线，正极催化剂及其衬底102和负极催化剂及其衬底103分别固定在太阳能电池板101两面。太阳能电池板101上设置有规则排布的通孔，通孔中设置有质子交换膜。且太阳能析氢核心板1正面的催化剂衬底为多孔网状结构。

太阳能电池板101的光伏单元可为晶硅、非晶硅或者气体半导体异质结等，该太阳能电池板的正负两极分别印在其正面和背面，并分别与具有良好催化活性的析氧和析氢催化剂连接，这两种催化剂及其衬底用分别固定在太阳能电池板101的正反两面形成正极催化剂及其衬底102和负极催化剂及其衬底103。其中设置在正面的催化剂衬底采用多孔网状结构，这样可以避免被催化剂及其衬底遮挡太阳光而降低太阳光的利用率，保证最大限度的将太阳能转化为氢能源，获得更高的能源和经济价值。

太阳能电池板101上规则排布的通孔和对应的质子交换膜，可以有效的将其两侧电解液分隔开来，同时也将两面产生的氢气和氧气完全隔离开来，只有电解液中的氢离子可自由穿过，利用氢离子维持两侧电荷平衡以及PH平衡，形成电流通路，该设计可以将两种气体产物完全分隔开，避免了传统电解水中氢气与氧气的分离环节，不仅节约了成本还降低了危险隐患。

如图3所示，上腔体框架2和下腔体框架3侧边均开有加料口11、气体收集口12、线束口13和废料出口14。加料口11、气体收集口12、线束口13和废料出口14的位置遵循安装方向而定。电解质从加料口分别加入到上腔体和下腔体中进行点解，点解后的电解质从废料出口排出，上腔体和下腔体的气体收集口12分别用于回收点解后的氢气和氧气。线束口13主要是引出与正负极催化剂相连接的导线并与外接电源形成通路，可以在夜间无光照或者光照较弱的情况下，利用外接电源继续裂解生产氢气。线束口13根据求而定制。

如图2和图3所示，上支撑框架6和下支撑框架7四周相互对应设置有若干梯形突出，梯形突出上开有螺纹孔，用于螺丝穿过与螺帽配合固定。上下支撑框架上的梯形突出上下左右互不对称，且上边梯形突出、下边梯形突出、左边梯形突出和右边梯形突出可随意配合卡拼在一起，这种设计主要用于各个太阳能析氢单元更紧密的卡拼在一起形成大的析氢装置，已达到最大限度利用太阳光的目的。

本实用新型中，透光板具备很高的透光性和耐碱性，材质可采用塑料、PET等，电解液隔板，可以采用透光或者不透光材质。

在使用中，若干太阳能析氢装置可作为单元相互紧密排列拼合，可最大限度的利用光照面积，然后固定在地面呈一定角度的架子上，灵活放置，可将自由组合后的太阳能析氢装置放置在楼顶、荒岛、海面、湖面等任意位置。

以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、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，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种新型太阳能析氢装置，其特征在于：包括太阳能析氢核心板，所述太阳能析氢核心板上端依次设置有上腔体框架、透光板和上支撑框架，其下端依次设置有下腔体框架、电解液隔板和下支撑框架；所述太阳能析氢核心板、上腔体框架、透光板相互之间均通过垫圈密封形成上腔体，所述太阳能析氢核心板、下腔体框架、电解液隔板相互之间均通过垫圈密封形成下腔体；所述上支撑框架和所述下支撑框架通过螺丝和螺帽固定成型。

2.如权利要求1所述的一种新型太阳能析氢装置，其特征在于：所述太阳能析氢核心板包括太阳能电池板、正极催化剂及其衬底、负极催化剂及其衬底和导线，所述正极催化剂及其衬底和所述负极催化剂及其衬底分别固定在所述太阳能电池板两面；所述太阳能电池板上设置有规则排布的通孔，所述通孔中设置有质子交换膜。

3.如权利要求2所述的一种新型太阳能析氢装置，其特征在于：所述太阳能析氢核心板正面的催化剂衬底为多孔网状结构。

4.如权利要求1所述的一种新型太阳能析氢装置，其特征在于：所述上腔体框架和所述下腔体框架侧边均开有加料口、气体收集口和废料出口。

5.如权利要求4所述的一种新型太阳能析氢装置，其特征在于：所述上腔体框架和所述下腔体框架侧边还开有线束口。

6.如权利要求1-5任一权利要求所述的一种新型太阳能析氢装置，其特征在于：所述上支撑框架和所述下支撑框架四周相互对应设置有若干梯形突出，所述梯形突出上开有螺纹孔，用于所述螺丝穿过与所述螺帽配合固定。

7.如权利要求6所述的一种新型太阳能析氢装置，其特征在于：上下支撑框架四周的梯形凸起上下左右互不对称。

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