一种太阳能热电绿氢生成设备

本发明涉及电解水制氢，具体是涉及一种太阳能热电绿氢生成设备。

背景技术：

1、在全球能源消费结构中，化石能源的使用因其带来的环境问题和资源枯竭的担忧而面临着巨大挑战。传统的氢气生产方法，如天然气重整、煤炭气化和水电解等，尽管在工业上得到了广泛应用，但它们大多依赖于化石能源，这不仅增加了氢气的生产成本，而且加剧了环境污染。

2、随着全球对环境保护意识的提高和可再生能源技术的发展，太阳能作为一种无穷无尽、清洁的能源备受关注。太阳能可以通过光伏效应直接转换为电能，也可以通过光热方式转换为热能。然而，将太阳能高效转换为电能并用于氢气生产，仍然面临技术挑战。当前，太阳能光电转换效率受限，且光电设备成本较高。此外，太阳能的间歇性和不均匀性也影响了其在氢气生产中的稳定应用。

技术实现思路

1、为了克服上述问题，本发明实施例的目的在于提供一种太阳能热电绿氢生成设备，结合太阳能技术，利用太阳能通过热电效应高效产生电能，有效地将太阳能转换为电能，并利用该电能进行水的电解反应，以生产出清洁的氢气。本发明设计的利用太阳能热电效应进行绿色氢气生产的设备，旨在提高能源利用效率，降低氢气生产成本，同时减少环境污染，促进氢能经济的可持续发展，解决依赖化石能源的传统氢气生产方法的高成本和环境污染问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、第一方面，本发明提供了一种太阳能热电绿氢生成设备，包括热电转换装置、阴阳电极、电解槽、空气压缩机、储氢气瓶以及制氢机壳身；所述热电转换装置的热端喷涂有光热材料，所述热电转换装置的热端设置于制氢机壳身顶部，与热电转换装置的冷端形成温差产生电势差，将热能转换为电能；所述热电转换装置连接一对设置于电解槽内的阴阳电极，阴极由mos2-cc柔性电极构成，阳极由pt材料构成，用于电催化分解水产生氢气和氧气；所述空气压缩机连接至电解槽，用以压缩所产生的氢气存储于储氢气瓶中。

4、作为本发明的进一步方案，所述光热材料由au@rgo-pei复合物和pvb(聚乙烯醇缩丁醛酯)组成；其中，au@rgo-pei复合物作为光热性能提供者，提供高效的光热转换性能；pvb作为粘合剂，用于将光热材料的au@rgo-pe i复合物粘接在热电转换装置的热端表面，确保光热材料与热端之间有良好的接触，从而提高热能的转移效率。

5、作为本发明的进一步方案，所述光热材料的制备方法包括以下步骤：

6、(1)rgo-pei制备：将pei(聚乙烯亚胺)和koh(氢氧化钾)与go(氧化石墨烯)水溶液混合，加热搅拌以还原go并将pei固定在rgo(还原氧化石墨烯)上，得到含rgo-pei的混合溶液，通过离心和洗涤后冷冻干燥得到rgo-pe i(pe i改性氧化石墨烯)样品；

7、(2)au@rgo-pei样品制备：将rgo-pei样品在氯金酸溶液中浸泡，通过离子交换，au纳米颗粒被还原并附着在rgo-pei表面，通过洗涤和干燥得到最终的复合材料，标记为au@rgo-pei样品。

8、(3)au@rgo-pei/pvb薄膜制备：将pvb(聚乙烯醇缩丁醛)分散在乙醇中，然后将au@rgo-pei样品分散在pvb乙醇溶液中，形成用于制备太阳能光热材料的混合前驱液；涂覆时，将混合前驱液通过喷涂的方式涂覆在热电单元的热端，干燥后得到au@rgo-pei/pvb薄膜，形成光热层。

9、作为本发明的进一步方案，所述au@rgo-pei样品为rgo-pei水溶液中加入氯金酸溶液，rgo直接还原au+，在rgo-pei上生成的au纳米片，洗涤和干燥得到的au@rgo-pe i粉末。

10、作为本发明的进一步方案，所述阴阳电极的阴极作为还原电极，阴极由mos2-cc柔性电极组成，其中，mos2(二硫化钼)作为电催化剂，cc(碳布)作为支撑材料。

11、作为本发明的进一步方案，所述阴极的mos2-cc柔性电极采用一步水热法合成，通过将碳布(cc)在乙醇中超声处理15min，然后用去离子水洗净，通过水热法将mos2负载到cc上，记为mos2-cc。

12、作为本发明的进一步方案，mos2-cc柔性电极的制造方法，包括以下步骤：

13、步骤1、将钼酸铵((nh4)6mo7o24·4h2o)和硫脲(ch4n2s)溶解于水中，形成前驱体溶液；

14、步骤2、将前驱体溶液转移至具有聚四氟乙烯内衬的水热釜反应器中；

15、步骤3、将碳布基底浸入前驱体溶液中，将水热釜反应器放置于180℃的烘箱中水热反应12小时；

16、步骤4、反应结束后，自然冷却到室温，将负载mos2的碳布用去离子水清洗，去除未固着的mos2；

17、步骤5、在60℃下干燥2小时，得到mos2-cc电极。

18、作为本发明的进一步方案，所述电解槽内设有电解液，电解液为h2so4(硫酸)。

19、作为本发明的进一步方案，所述太阳能热电绿氢生成设备，还包括储氧气瓶，储氧气瓶与储氢气瓶位于制氢机壳身内且均与空气压缩机相连接，分别用于氧气和氢气的存储；其中，制氢机壳身内设置有至少一个储氧气瓶和至少两个储氢气瓶位。

20、作为本发明的进一步方案，所述太阳能热电绿氢生成设备，还包括瓶载和气瓶盖，所述瓶载设置于制氢机壳身内，用于固定储氢气瓶和储氧气瓶；所述气瓶盖翻转设置于储氢气瓶和储氧气瓶上方的制氢机壳身上，用于取出或装入气瓶。

21、作为本发明的进一步方案，所述储氢气瓶采用iv型塑料内胆纤维全缠绕材料制成，工作压力为30mpa；所述储氢气瓶包括内胆、中间层以及表层组成，其中，所述内胆为位于瓶壁最内层与氢气直接接触的阻气层，所述内胆的材料为pa6(聚酰胺6)、pa612(聚酰胺612)、pa11(聚酰胺11)、hdpe(高密度聚乙烯)中的一种；所述中间层采用cfrp碳纤维增强复合材料制成，由碳纤维和环氧树脂构成；所述表层的材料为gfrp玻纤增强复合材料，由玻璃纤维和环氧树脂构成。

22、综上所述，本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

23、本发明的太阳能热电绿氢生成设备提高了能源转换效率，通过热电转换装置将太阳能转换成电能，再利用电能进行水的电解，整个过程有效地利用了太阳能，提高了能源转换的效率。其中，使用au@rgo-pe i复合物和pvb组成的光热材料，光热材料高效转换，有效提高了太阳光的吸收和热能的转换效率；阴阳电极中使用mos2-cc柔性电极结合碳布的高导电性和mos2的优良电催化性能，利于水电解效率的提高，可实现氢气的持续和环保生产。最后通过空气压缩机将产生的氢气和氧气分别压缩储存，便于能源的储存和运输。将太阳能作为能源成本较低，且本发明的材料选择和工艺设计考虑了成本效益，因此在大规模生产和应用时可以降低总体成本。

24、为更清楚地阐述本发明的结构特征和功效，下面结合附图与具体实施例来对本发明进行详细说明。

技术特征：

1.一种太阳能热电绿氢生成设备，其特征在于，包括热电转换装置、阴阳电极、电解槽、空气压缩机、储氢气瓶以及制氢机壳身；所述热电转换装置的热端喷涂有光热材料，所述热电转换装置的热端设置于制氢机壳身顶部，与热电转换装置的冷端形成温差产生电势差，将热能转换为电能；所述热电转换装置连接一对设置于电解槽内的阴阳电极，阴极由mos2-cc柔性电极构成，阳极由pt材料构成，用于电催化分解水产生氢气和氧气；所述空气压缩机连接至电解槽，用以压缩所产生的氢气存储于储氢气瓶中。

2.根据权利要求1所述的太阳能热电绿氢生成设备，其特征在于，所述光热材料由au@rgo-pei复合物和pvb组成；其中，pvb作为粘合剂用于将光热材料的au@rgo-pei复合物粘接在热电转换装置的热端表面。

3.根据权利要求2所述的太阳能热电绿氢生成设备，其特征在于，所述光热材料的制备方法包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的太阳能热电绿氢生成设备，其特征在于，所述au@rgo-pei样品为rgo-pei水溶液中加入氯金酸溶液，rgo直接还原au+，在rgo-pei上生成的au纳米片，洗涤和干燥得到的au@rgo-pei粉末。

5.根据权利要求1所述的太阳能热电绿氢生成设备，其特征在于，所述阴阳电极的阴极作为还原电极，阴极由mos2-cc柔性电极组成，其中，mos2作为电催化剂，cc为碳布，碳布作为支撑材料。

6.根据权利要求5所述的太阳能热电绿氢生成设备，其特征在于，所述阴极的mos2-cc柔性电极采用一步水热法合成，通过将碳布在乙醇中超声处理15min，然后用去离子水洗净，通过水热法将mos2负载到cc上，记为mos2-cc。

7.根据权利要求6所述的太阳能热电绿氢生成设备，其特征在于，mos2-cc柔性电极的制造方法，包括以下步骤：

8.根据权利要求1所述的太阳能热电绿氢生成设备，其特征在于，所述电解槽内设有电解液，电解液为h2so4。

9.根据权利要求1-8任一项所述的太阳能热电绿氢生成设备，其特征在于，所述太阳能热电绿氢生成设备，还包括储氧气瓶，储氧气瓶与储氢气瓶位于制氢机壳身内且均与空气压缩机相连接，分别用于氧气和氢气的存储；其中，制氢机壳身内设置有至少一个储氧气瓶和至少两个储氢气瓶位。

10.根据权利要求9所述的太阳能热电绿氢生成设备，其特征在于，所述太阳能热电绿氢生成设备，还包括瓶载和气瓶盖，所述瓶载设置于制氢机壳身内，用于固定储氢气瓶和储氧气瓶；所述气瓶盖翻转设置于储氢气瓶和储氧气瓶上方的制氢机壳身上，用于取出或装入气瓶。

技术总结
本发明公开了一种太阳能热电绿氢生成设备，包括热电转换装置、阴阳电极、电解槽、空气压缩机、储氢气瓶以及制氢机壳身；热电转换装置的热端喷涂有光热材料，热电转换装置的热端设置于制氢机壳身顶部，与热电转换装置的冷端形成温差产生电势差，将热能转换为电能；热电转换装置连接一对设置于电解槽内的阴阳电极，阴极由MoS<subgt;2</subgt;‑CC柔性电极构成，阳极由Pt材料构成，用于电催化分解水产生氢气和氧气；空气压缩机连接至电解槽，用以压缩所产生的氢气存储于储氢气瓶中。本发明利用太阳能通过热电效应高效产生电能，有效地将太阳能转换为电能，并利用该电能进行水的电解反应，以生产出清洁的氢气，提高了能源利用效率，降低氢气生产成本。

技术研发人员：许立男,徐红阳,张扬,林嘉文,刘峻萌,岳一蕾,林松
受保护的技术使用者：北华航天工业学院
技术研发日：
技术公布日：2024/4/24