用于海上发电和氢能一体化的光催化-热化学电池装置

本发明属于热电和光催化领域，具体涉及一种用于海上发电和氢能一体化的光催化-热化学电池装置。

背景技术：

1、太阳能转换领域的动机是希望我们摆脱对化石燃料的依赖，以满足我们的能源需求。尽管在过去的两个世纪里，化石燃料的利用为我们的生活水平取得巨大进步做出了宝贵的贡献，但现在几乎每个人都清楚地认识到，像往常一样燃烧化石燃料并向空气中排放二氧化碳的做法可能会产生严重的后果。太阳能是一种可再生的无碳能源，也是迄今为止最丰富的能源，占地球上所有可再生能源总量的99％以上。然而，目前太阳能的多级利用还未得到充分的开发。同时，在我国目前海上供能的架构中，离位供能仍然占主导地位，存在输送成本较高的问题。因此，开发低成本、绿色的原位海上供能装置及其重要。

技术实现思路

1、鉴于现有技术的上述情况，本发明提出一种用于海上发电和氢能一体化的光催化-热化学电池装置。本发明的装置可以漂浮在海面，在阳光的照射下，可以同时产生电能和氢能。解决目前海底电力的输送系统的昂贵的成本。另外，实现氢能和电能的同时收集进而对海上设备供能。

2、一种用于海上发电和氢能一体化的光催化-热化学电池装置，所述装置由通过导线串联连接的多个光催化-热化学电池单元组成，其中每个光催化-热化学电池单元包括作为热化学电池单元基体的聚丙烯酸水凝胶(paa)基体，所述聚丙烯酸水凝胶基体含有铁氰化钾(fecn3-)和亚铁氰化钾(fecn4-)氧化还原电对，其中所述铁氰化钾(fecn3-)和亚铁氰化钾(fecn4-)的摩尔比为3:5～5:3，优选为1:1.15～1:1.45,更优选为1:1.3。另外，1000g paa中fecn3-的含量0.1m～0.34m，优选为0.26m。在所述聚丙烯酸水凝胶基体的靠近光源端(热端或者说上端)和远离光源端(冷端或者说下端)分别引入产氧催化剂和产氢催化剂，1000gpaa中分别引入10g～40g的产氧催化剂和10g～35g的产氢催化剂，优选分别为27g和22g。其中产氧催化剂和产氢催化剂分别优选为氧缺陷氧化钨(ov-wo3)和硫缺陷锌铟硫(sv-zis)。其中在每个光催化-热化学电池单元的聚丙烯酸水凝胶基体的靠近光源端通过透明导电胶固定有作为热端电极的铜网，在每个光催化-热化学电池单元的聚丙烯酸水凝胶基体的远离光源端通过透明环氧树脂密封有作为冷端电极的铜箔，通过铜胶带将所述多个光催化-热化学电池单元的热端电极和冷端电极依次串联起来。

3、如上所述的光催化-热化学电池单元可通过以下方式来制备：

4、(a)制备fecn3-和fecn4-的摩尔比为3：5～5：3的fecn4-/fecn3-电解质溶液；

5、(b)将fecn4-/fecn3-电解质溶液、丙烯酸和2-羟基乙基甲基丙烯酸酯(hema)混合均匀，然后加入乙二醇二甲基丙烯酸酯(edgma)、5wt％的过硫酸铵(aps)溶液和n,n,n',n'-四甲基乙二胺(tmeda)，混合均匀得到paa-fecn3-/4-混合溶液，其中以1ml的fecn3-/fecn4-电解质溶液计，丙烯酸、hema、edgma、aps溶液和tmeda的用量分别为0.3～0.5g:2～4g:20～40mg:0.2～0.4ml:0.2～0.4ml。

6、(c)向其中分散有产氧催化剂的fecn4-/fecn3-电解质溶液中加入丙烯酸、2-羟基乙基甲基丙烯酸酯(hema)、乙二醇二甲基丙烯酸酯(edgma)、5wt％的过硫酸铵(aps)溶液和n,n,n',n'-四甲基乙二胺(tmeda)，混合均匀得到产氧催化剂/paa-fecn3-/4-混合溶液，其中以1ml的fecn4-/fecn3-电解质溶液计，产氧催化剂、丙烯酸、hema、edgma、aps溶液和tmeda的用量分别为10mg～40mg:0.3～0.5g:2～4g:20～40mg:0.2～0.4ml:0.2～0.4ml；

7、(d)向其中分散有产氢催化剂的fecn4-/fecn3-电解质溶液中加入丙烯酸、2-羟基乙基甲基丙烯酸酯(hema)、乙二醇二甲基丙烯酸酯(edgma)、5wt％的过硫酸铵溶液(aps)和n,n,n',n'-四甲基乙二胺(tmeda)，混合均匀得到paa-fecn3-/4/产氢催化剂混合溶液，其中以1ml的fecn4-/fecn3-电解质溶液计，产氢催化剂、丙烯酸、hema、edgma、aps溶液和tmeda的用量分别为10mg～35mg:0.3～0.5g:2～4g:20～40mg:0.2～0.4ml:0.2～0.4ml；

8、(e)将步骤(d)的混合溶液转移到模具中，在温度313k～323k下聚合成型，时间一般为10～20min，然后将步骤(b)的混合溶液转移到模具中，在温度313k～323k下聚合成型，时间一般为10～20min，最后，将步骤(c)的混合溶液转移到模具中，在温度313k～323k下聚合成型，时间2～3小时。

9、本发明的用于海上发电和氢能一体化的光催化-热化学电池装置解决了目前海底电力的输送系统的昂贵的成本。另外，实现氢能和电能的同时收集进而对海上设备供能。

技术特征：

1.一种用于海上发电和氢能一体化的光催化-热化学电池装置，所述装置由串联连接的多个光催化-热化学电池单元组成，其中每个光催化-热化学电池单元包括作为热化学电池单元基体的聚丙烯酸水凝胶基体，所述聚丙烯酸水凝胶基体含有铁氰化钾和亚铁氰化钾，其中所述铁氰化钾和亚铁氰化钾的摩尔比为3:5～5:3，另外，1000g paa中fecn3-的含量0.1m～0.34m，在所述聚丙烯酸水凝胶基体的靠近光源端和远离光源端分别引入有产氧催化剂和产氢催化剂，1000g聚丙烯酸水凝胶中分别引入10g～40g的产氧催化剂和10g～35g的产氢催化剂。

2.按照权利要求1所述的光催化-热化学电池装置，其中所述铁氰化钾fecn3-和亚铁氰化钾fecn4-的摩尔比为1:1.15～1:1.45。

3.按照权利要求1所述的光催化-热化学电池装置，其中所述铁氰化钾fecn3-和亚铁氰化钾fecn4-的摩尔比1:1.3。

4.按照权利要求1所述的光催化-热化学电池装置，其中1000g聚丙烯酸水凝胶中铁氰化钾fecn3-的含量为0.26m。

5.按照权利要求1所述的光催化-热化学电池装置，其中1000g聚丙烯酸水凝胶中分别引入27g和22g的产氧催化剂和产氢催化剂。

6.按照权利要求1所述的光催化-热化学电池装置，其中所述产氧催化剂和产氢催化剂分别为氧缺陷氧化钨和硫缺陷锌铟硫。

7.按照权利要求1所述的光催化-热化学电池装置，其中在每个光催化-热化学电池单元的聚丙烯酸水凝胶基体的靠近光源端通过透明导电胶固定有作为热端电极的铜网，在每个光催化-热化学电池单元的聚丙烯酸水凝胶基体的远离光源端通过透明环氧树脂密封有作为冷端电极的铜箔，所述多个光催化-热化学电池单元的热端电极和冷端电极依次串联。

技术总结
本发明涉及一种用于海上发电和氢能一体化的光催化‑热化学电池装置，所述装置由串联连接的多个光催化‑热化学电池单元组成，其中每个光催化‑热化学电池单元包括作为热化学电池单元基体的聚丙烯酸水凝胶基体，所述聚丙烯酸水凝胶基体含有铁氰化钾和亚铁氰化钾，其中所述铁氰化钾和亚铁氰化钾的摩尔比为3:5～5:3，另外，1000g PAA中FeCN<supgt;3‑</supgt;的含量0.1M～0.34M，在所述聚丙烯酸水凝胶基体的靠近光源端和远离光源端分别引入有产氧催化剂和产氢催化剂，1000g聚丙烯酸水凝胶中分别引入10g～40g的产氧催化剂和10g～35g的产氢催化剂。本发明解决了目前海底电力的输送系统的昂贵的成本。

技术研发人员：李炫华,王一瑾
受保护的技术使用者：西北工业大学深圳研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15