一种利用电解质膜进行氢气压缩或纯化的方法

本发明属于氢气压缩纯化、氢能，具体涉及一种利用电解质膜进行氢气压缩的方法。随着传统化石能源长期使用所带来的环境压力，推动新能源行业的发展和能源的高效利用势在必行。氢能源是最有潜力的新能源。通过利用电解质膜进行氢气压缩，可以实现氢气压缩、含氢混合气的分离，得到高压纯氢。

背景技术：

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种利用电解质膜进行氢气压缩的方法；

2、在正极，氢分子在催化剂层释放出电子变成氢离子，从电解膜中通过后移动到负极，在负极获取电子还原成氢分子。通过这一过程使氢分子由正极向负极移动。本方法利用电解质膜这个性质，

3、可以将氢气通入电解质膜进行压缩，从而制造没有机械运动部分的压缩装置，压缩时的能源效率也高于机械式压缩机。

4、一种利用电解质膜进行氢气压缩或纯化的方法，：向电解质膜的一侧通入氢气或含有氢气的混合气，电解质膜是两侧负载催化剂的质子交换膜，以膜的二侧分别作为正极和负极，在膜二侧的正极和负极上加载电压差，使氢离子从电解膜中通过后移动到负极，在负极获取电子还原成氢分子不断富集增压，从而得到压缩氢气或纯化氢气。

5、氢气压缩中用到电解质膜是两侧负载催化剂的质子交换膜；催化剂的活性成分为金、钌、铑、钯、锇、铱、铂等贵金属以及铁、铬、镍等其他金属中的一种或二种以上；活性成分于质子交换膜两侧的负载量分别为0.01-0.1.g/cm2；

6、负载方法为以浓度0.01mol/l到1mol/l的活性成分可溶性化合物(如：氯铂酸，氯铂酸溶液浓度为0.01mol/l到1mol/l)水溶液作为催化剂前躯体,在温度20-50℃条件下将质子交换膜浸渍或浸泡在催化剂前躯体中0.5-12小时；取出再在温度20-50℃条件下浸渍或浸泡在乙二醇中，在微波辅助下还原2-24小时于质子交换膜二侧表面还原得到高分散活性成分(如：金属铂)。一侧氢源为纯氢气或者含氢混合气，混合气的氢气体积含量为10％～99％，其它气体为甲烷、二氧化碳、一氧化碳、氧气、氮气中的一种或二种以上。电解质膜应用于氢气压缩和/或氢气分离，压缩负极处于一密闭腔室中。过程无需机械运动，只在电解质膜二侧上加电压差；氢气压缩和/或分离温度为60℃～180℃。

7、电解质膜正与负极上所加电压差范围为0.1v～10v。

8、过程中得到的压缩氢气压力为1bar～100bar。

9、使用的电解质膜为氟磺酸型质子交换膜，nafion重铸膜，非氟聚合物质子交换膜以及磷酸掺杂pbi膜中的一种或二种以上。

10、电解质膜进行氢气压缩的方法关键点在于催化剂负载的电解质膜，利用电解质膜加载电压，使氢离子从电解膜中通过后移动到负极，在负极获取电子还原成氢分子不断富集增压，从而得到高压氢气。整个压缩过程没有机械运动部分，操作简便，稳定性高，设备静音，自动化程度高，压缩时的能源效率也高于机械式压缩机。

技术特征：

1.一种利用电解质膜进行氢气压缩或纯化的方法，其特征在于：向电解质膜的一侧通入氢气或含有氢气的混合气，电解质膜是两侧负载催化剂的质子交换膜，以膜的二侧分别作为正极和负极，在膜二侧的正极和负极上加载电压差，使氢离子从电解膜中通过后移动到负极，在负极获取电子还原成氢分子不断富集增压，从而得到压缩氢气或纯化氢气。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：氢气压缩中用到电解质膜是两侧负载催化剂的质子交换膜；催化剂的活性成分为金、钌、铑、钯、锇、铱、铂等贵金属以及铁、铬、镍等其他金属中的一种或二种以上；活性成分于质子交换膜两侧的负载量分别为0.01-0.1.g/cm2；

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：一侧氢源为纯氢气或者含氢混合气，混合气的氢气体积含量为10％～99％，其它气体为甲烷、二氧化碳、一氧化碳、氧气、氮气中的一种或二种以上。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：电解质膜应用于氢气压缩和/或氢气分离，压缩负极处于一密闭腔室中。

5.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于：过程无需机械运动，只在电解质膜二侧上加电压差；氢气压缩和/或分离温度为60℃～180℃。

6.如权利要求1或2或5所述的方法，其特征在于：电解质膜正与负极上所加电压差范围为0.1v～10v。

7.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于：过程中得到的压缩氢气压力为1bar～100bar。

8.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于：使用的电解质膜为氟磺酸型质子交换膜，nafion重铸膜，非氟聚合物质子交换膜以及磷酸掺杂pbi膜中的一种或二种以上。

技术总结
一种利用电解质膜进行氢气压缩的方法。质子交换膜具有良好的质子电导率、一定的气体渗透性和良好的气密性。在两侧添加催化剂，在中间加载电压。在正极，氢分子在催化剂层释放出电子变成氢离子，从电解膜中通过后移动到负极，在负极获取电子还原成氢分子。通过这一过程使氢分子由正极向负极移动。本方法利用电解质膜这个性质，可以将氢气通入电解质膜进行压缩，从而制造没有机械运动部分的压缩装置，压缩时的能源效率也高于机械式压缩机。

技术研发人员：李慧,鲍锋,谢培养
受保护的技术使用者：中国科学院大连化学物理研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13