专利名称：以异种金属产生氢气的方法
技术领域：
本发明关于一种产生氢气的方法，特别是指一种以两种不同金属经电化学 反应，以还原电位差取得氢气，达到不需耗费多余能源，可利用自发性化学反 应产生氢气的方法。
背景技术：
氢气是一种无污染性的能源，除可作为燃料、镍氢电池的原料外，也可作 为工业上能源所需，例如石油加工与化学工业、冶金工业及半导体工业中的 脱硫反应材料。且，氢气在燃料电池中的反应，不会产生二氧化碳，在燃料电 池的发展中，氢气预期将成为一种新能源的来源，其需求量逐倍的增加是指日 可见，因而，对于氢气未来性的应用不缔为首要的研究课题之一。
目前，生产氢气的方法很多，例如蒸气重组法(steam reforming)、部分 氧化法(partial oxidation)以及水煤气法(gasification)，或以电解水制造氢气等， 而，前三者的制氢过程会产生许多二氧化碳，对于全球温室效应的影响很大， 而后者在制氢过程耗电量高，相对成本高，并不符合经济效益。
此外，还有利用金属废弃物制造再生氢能源的方法，例如以废弃铝罐回
收作为制氢材料的相关研究，但回收铝罐表面的涂装塑料仍需使用硫酸溶液去 洗除，而相对衍生工业废水处理的问题，造成二次污染。
发明内容
本发明的目的，在于提供一种创新的产生氢气的方法，该方法利用两种不 同金属经电化学反应，以还原电位差取得氢气，达到不需耗费多余能源，可利 用自发性化学反应产生氢气，且不会造成二次污染的效果。
为达到上述目的，本发明提供一种以异种金属产生氢气的方法，该方法为 取一具较低还原电位的金属作为阳极，并取一种具较高还原电位的金属作为阴 极，且该两金属先进行适当连结成型后置于电解液中，再经异种金属间还原电
4位差而产生电化学反应，最后，取得氢气及副产物，达到不需耗费多余能源， 可利用自发性化学反应产生氢气的效果。
依据上述的特征，其中作为阳极的金属可采镁合金、铝合金等；而作为阴 极的金属可采不锈钢、白金等。
上述电化学反应中的电解液，可采用溶于水中时钾和氯离子不会对水中的 氢和氢氧离子造成改变的氯化钠、生理食盐水或KCL等具导电度的液体。
本发明以异种金属产生氢气的方法的又一特征，在于作为阴阳极的两金属 结合方式，是以粉碎挤压再辊轧方式将其中一金属粉碎挤压成型后再将另一具 有合适结构，例如网状、刺网、粉末等形式的金属，辊轧于该己成型金属上， 这样的结合方式可以简化异种金属结合制程与节省制程能源。
本发明以异种金属产生氢气的方法另一特征，在于作为阴阳极的两金属结 合方式，是将阳极金属经融熔为液体后，而将阴极金属浸沾结合，此浸沾结合 以单面浸沾为佳，縮短电化学反应的阴、阳极路径而可提高产氢效果。
依据上述的特征，其中阴极金属可先经多折处理，以增加其结合面。另外， 浸沾的方式可采用中间浸沾方式进行，令阴极金属露出阳极金属的两端。
下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式
详细描述，将使本发明的 技术方案及其他有益效果显而易见。 附图中，
图l为本发明以异种金属产生氢气的方法流程图； 图2A为辊轧方式产氢速率与时间的关系图； 图2B为辊轧方式产氢总量与时间的关系图； 图2C为浸沾方式氢气累积总量与时间的关系图3A、 B至图5A、 B为本发明采用浸沾结合方式，两金属结合后经电化 学反应前后的示意图6A、 B为采用现有浸沾结合方式，两金属结合后经电化学反应前后的 示意图。
具体实施方式
参阅图l，其为本发明以异种金属产生氢气的方法的流程图，该方法是取 一种具较低还原电位金属作为阳极金属10，并取一种具较高还原电位金属作为
阴极金属20，且该两金属先通过结合步骤60进行适当结合(后面详述)为一体 后置于电解液中，再以异种金属间还原电位差而产生电化学反应30，即可取得 氢气40及副产物50，其中该阳极金属可采用镁合金、铝合金的废弃产品，本实 施例为采用废弃的镁合金。该阴极金属可采用不锈钢、白金等，本实施例采用 不锈钢AISI304。
本发明阳极金属10与阴极金属20结合方式，是通过结合步骤60，该结合步 骤60可采用粉碎挤压再辊轧方式或浸沾结合方式，其中粉碎挤压再辊轧方式是 将阳极金属粉碎挤压成型后再将另一具有合适结构如网状、刺网、粉末等形 式的阴极金属(本实施例为网状)，辊轧于前述已成型的阳极金属上。而浸沾结 合方式是将阳极金属经融熔为液体后，而将与阴极金属单面浸沾结合(如图3A-图5B所示)。
本发明采用粉碎挤压再辊轧的方式，先将镁合金产品机壳粉碎后压制成型 (如块状)，再以辊轧技术将不锈钢网(AISI 304)压印在该成型的镁合金废料表 面而结合一体。经结合一体后，置于以食盐水为电解液的电化学反应中，其中 值得说明的是，本实施例该阴极所采用的金属与阳极所采用金属相互电位差， 以介于0.71V至3.49V为最佳，另外，除本实施例阴极金属采用不锈钢网(AISI 304)外，也可采用白金，同样，阳极金属除采用镁合金的外，也可采用铝合金， 若以氢(H)作标准电位，则上述阴极与阳极相互电位差的较佳范围，可由如下 运算证实
Pt Mg I 1.118—(—2.372) I =3.49
Al Mg I 一1.662—(—2.372) | =0.71
上述阴极与阳极相互电位差的较佳值，于采用不同的标准电位时，会有不 同，也就是，若以甘汞电极(Hg2C12)作标准电位，阴极与阳极相互电位差的最佳值，可由如下运算取得
<formula>formula see original document page 7</formula>艮口，以甘汞电极(Hg2C12)作标准电位，阴极所采用的金属与阳极所采用金 属相互电位差，以介于0.88V至2.01V为最佳。
前述本发明于电化学反应期间是加入食盐水作为电解液，该电解液也可采 用溶于水中时钾和氯离子不会对水中的氢和氢氧离子造成改变的氯化钠或 KCL，利用这样的电解液在电化学反应中通过阴、阳极金属IO、 20电极还原电 位差驱动产生气体。即可取得氢气40及氢氧化物的副产物50，其反应方程式如 下
Mg + 2 H20 —Mg(OH)2 + H2
由上述反应方程式可知，经反应处理后，除可以取得氢气加以利用之外， 也可取得氢氧化镁的副产物，作为耐热产品的阻燃原料。
参阅图2A与图2B，其为本发明以辊轧方式产氢速率与时间的关系图，及 产氢总量与时间的关系图，由该两关系图可以清楚的看出，在相同条件下(电 解液采用1500ml， 3.5 wt。/。氯化钠水溶液；阳极金属采用镁合金；阴极采用尺 寸为2x8cm,不锈钢网(AISI304))，不锈钢网利用辊轧与镁废料结合一体后，
数量越多片产氢速率与产氢总量愈高，越能有效的达到产氢的预期效果，如图 2A与图2B所示，其中采用1片的反应曲线L5与采用4片的反应曲线L6，在产氢
速率及产氢总量确有明显差异。
参阅图3A-图5B，本发明阳极金属10与阴极金属20结合方式除上述以粉碎 成型再辊轧方式外，也可采用单面浸沾结合方式，即将阳极金属10(镁合金废 料)经融熔为液体后，而将阴极金属20(不锈钢网AISI304)作单面浸沾结合，该 单面浸沾可有效的縮短电化学反应的阴、阳极电子传递路径，以提高产氢效果， 参阅图3A，其为采单面浸沾的示意图，且浸沾的部位皆采用中间浸沾方式， 令阴极金属20 (不锈钢网)露出于阳极金属10(镁合金废料的两端。另外，阴 极金属20 (不锈钢网)浸沾前可先经多折处理(如图5A所示)，再以中间浸沾 以增加其结合面。除上述单面浸沾外，图4A双面浸沾也为可行方式，且不论单面或双面浸沾，利用上述不同的浸沾结合方式经电化学反应后，与现有浸沾
方式(如图6A所示)比较，可从图3B至图6B清楚的看出，其中镁合金彻底电 化学反应的结果，采用现有浸沾方式的化学反应镁合金废料仍存留很多，本发 明的方式该镁合金废料被有效的反应，存留较少，相对产氢效果良好。
(注上述本发明阴、阳极金属结合的方法与现有阴、阳极金属结合的方 法的比较条件相同，即电解液采用1500ml， 3.5 wt。/。氯化钠水溶液；阴极 采用尺寸为2x8cn^的不锈钢网(AISI304;数量为10片))
参阅图2C，其为各种浸沾方式氢气累积总量与时间的关系图，由该图可 清楚的比较出本发明阴、阳极金属浸沾结合方式与现有浸沾方式(阴极单侧露 出；即图6A、图6B)的不同，由图2C可知本发明更具有较佳产氢效果，艮P， 由图2C中各反应曲线L1 (单面浸沾)、L2 (多折浸沾)、L3 (双面浸沾)及L4 (现有浸沾方式)，清楚可见，随着反应时间变化现有浸沾方式在经过60分钟 后反应速率明显趋缓，而本发明的单面浸沾、多折浸沾及双面浸沾都一直持续， 因此可证明利用本发明的浸沾结合的方式，更可以提高阳极金属10与阴极金属 20的产氢效果。
综上所述，本发明以异种金属产生氢气的方法，除了可利用镁合金废弃物 质来加以处理利用外，还不会产生二次污染，符合目前环保的需求；同时制氢 反应的副产物-氢氧化镁，还可作为其它有用的原料，以提升附加价值具有高 度的产业利用性。
权利要求
1、一种以异种金属产生氢气的方法，其特征在于，该方法是取一具较低还原电位的金属作为阳极，并取一种具较高还原电位的金属作为阴极，将该两金属先进行适当结合步骤的成型后置于电解液中，再经异种金属间还原电位差而产生电化学反应，取得氢气及副产物。
2、 如权利要求1所述的异种金属产生氢气的方法，其特征在于，异种金属间还原电位差是以氢作标准电位，阴极所采用的金属与阳极所采用金属相互电位差小于或者等于3.49V，都可作为阴极材料。
3、 如权利要求2所述的异种金属产生氢气的方法，其特征在于，阴极所 采用的金属与阳极所采用金属相互电位差，介于0.71V至3.49V之间。
4、 如权利要求1所述的异种金属产生氢气的方法，其特征在于，异种金 属间还原电位差是以甘汞电极(Hg2C12)作标准电位，阴极所釆用的金属与阳极 所采用金属相互电位金小于或者等于2.01V，都可作为阴极材料。
5、 如权利要求4所述的异种金属产生氢气的方法，其特征在于，阴极所 采用的金属与阳极所采用金属相互电位差，介于0.88V至2.01V之间。
6、 如权利要求1所述的异种金属产生氢气的方法，其特征在于，阳极的 金属采用具镁合金或者铝合金的废弃产品。
7、 如权利要求6所述的异种金属产生氢气的方法，其特征在于，阴极的 金属采用不锈钢或者白金。
8、 如权利要求7所述的异种金属产生氢气的方法，其特征在于，电化学 反应中的电解液，采用溶于水中时钾和氯离子不会对水中的氢和氢氧离子造成 改变的氯化钠水溶液、生理食盐水或KCL水溶液。
9、 如权利要求1所述的异种金属产生氢气的方法，其特征在于，作为阴 阳极的两金属结合步骤，是以粉碎挤压再辊轧方式将其中一金属粉碎挤压成型 后，再将另一具有合适结构的网状、刺网、或粉末形式的金属辊轧于该己成型 金属上。
10、 如权利要求9所述的异种金属产生氢气的方法，其特征在于，粉碎挤 压再辊轧方式是将其中阳极金属粉碎挤压成型后再将另一具有合适结构的网状、刺网、或粉末形式的阴极金属辊轧于已成型阳极金属上。
11、 如权利要求1所述的异种金属产生氢气的方法，其特征在于，作为阴、 阳极的两金属结合步骤，是将阳极金属经融熔为液体后，将阴极金属的单面浸 沾结合，以縮短电化学反应的阴、阳极电子传递路径提高产氢效果。
12、 如权利要求11所述的异种金属产生氢气的方法，其特征在于，阴极金属浸沾前可先经多折处理，以增加其反应面。
13、 如权利要求11所述的异种金属产生氢气的方法，其特征在于，浸沾 的方式可采用中间浸沾方式进行，令阴极金属露出于阳极金属的两端。
14、 一种以异种金属产生氢气的方法，其特征在于，该方法是将至少两金 属先进行适当结合步骤成型后置于电解液中，再经异种金属间还原电位差而产 生电化学反应，取得氢气及副产物，其中两金属的结合步骤是以粉碎挤压再辊 轧方式将其中一金属粉碎挤压成型后，再将另一具有合适结构的网状、刺网、 或粉末形式的金属辊轧于该已成型金属上。
15、 如权利要求14所述的异种金属产生氢气的方法，其特征在于，粉碎挤压再辊轧方式是将其中阳极金属粉碎挤压成型后再将另一具有合适结构的 网状、刺网、或粉末形式的阴极金属，辊轧于己成型阳极金属上。
16、 一种以异种金属产生氢气的方法，其特征在于，该方法是将至少两金 属先进行适当结合步骤成型后置于电解液中，再经异种金属间还原电位差而产 生电化学反应，取得氢气及副产物，其中两金属的结合步骤是将阳极金属经融 熔为液体后，而将阴极金属的单面浸沾结合，以縮短电化学反应的阴、阳极电 子传递路径以提高产氢效果。
17、 如权利要求16所述的异种金属产生氢气的方法，其特征在于，两金 属的结合步骤采用中间浸沾方式进行，令阴极金属露出于阳极金属两端。
18、 如权利要求14所述的异种金属产生氢气的方法，其特征在于，阴极 金属可先经多折处理再进行浸沾，以增加其反应面。
全文摘要
本发明关于一种以异种金属产生氢气的方法，该方法是取一具较低还原电位的金属作为阳极，并取一种具较高还原电位的金属作为阴极，且该两金属先进行适当连结成型后置于电解液中，再经异种金属间还原电位差而产生电化学反应，最后，取得氢气及副产物，达到不需耗费多余能源，可利用自发性化学反应产生氢气的效果。
文档编号C25B1/04GK101314460SQ200710105940
公开日2008年12月3日 申请日期2007年6月1日 优先权日2007年6月1日
发明者林恒毅, 汪俊延, 许苍林 申请人:良峰塑胶机械股份有限公司