[发明专利]一种基于太阳光热及光电催化集成水解制氢装置

说明书

本发明涉及一种基于太阳光热及光电催化集成水解制氢装置，该装置包括产氢器件、绿色室、冷却室和热电器件，产氢器件包含具有受光面的光阳极和光阴极，绿色室包含产氢器件，收纳与所述光阳极和所述光阴极接触的第一水溶液以及产生的氢气和氧气；冷却室盛放温度不高于第一水溶液初始温度的第二水溶液；热电器件邻接设置于绿色室和冷却室之间；光阳极和光阴极分别连接至所述热电器件。该水解制氢装置最大程度达到对太阳光全光谱的利用，大幅提升了太阳能与氢能转换效率。另外本发明的水解制氢装置结构简单紧凑，稳定性好，能够满足实际应用和工业化生产。

技术领域

本发明涉及太阳光分解水领域，尤其涉及一种基于太阳光热及光电催化集成水解制氢装置。

背景技术

在自然界，海洋能和太阳能被认为是两种无穷尽的能源，我们受到绿色植物光合作用吸收CO₂，产生O₂的启发，利用一种在地球上储量丰富，绿色环保的矿石材料制备出一种人工树叶—铜锌锡硫(CZTS)。该材料可以在太阳光的照射下将水分解成为氧气和氢气，氧气的重要性不言而喻，而氢气作为一种绿色能源，不仅燃烧热远高于传统能源，更重要的是燃烧产物只有水，清洁无污染，当下已经有许多国家将氢气作为国家发展能源战略。铜锌锡硫(CZTS)在2010年由日本东京大学Domen团队首次合成，并且将其作为光阴极材料应用于光分解水制氢领域。由于其具有良好的光响应强度，适合光分解水的禁带宽度(1.45eV)，近几年引起在国内外学者的广泛研究兴趣。然而，受到材料结构所限，CZTS目前很难实现单电极产氢，必须借助于光阳极材料(BiVO₄)才可以实现无偏压光分解水制氢，但是光电转换效率相对较低。

发明内容

本发明提供一种基于太阳光热及光电催化集成水解制氢装置，该装置利用热电器件吸收热量，并将其转换为电能，辅助产氢器件产氢，在此基础上设置绿色室和冷却室，产氢器件设置于绿色室内，热电器件设置于绿色室和冷却室之间，可见光的一部分被产氢器件吸收，分解水产生氧气和氢气，绿色室内的水溶液在没有被产氢器件吸收的可见光以及红外光的照射下温度升高，产生的热能被邻接绿色室的热电器件吸收，转化为电能辅助产氢器件产氢，使得该水解制氢器件最大程度达到对太阳光全光谱的利用，大幅提升了太阳能与氢能转换效率。另外本发明的水解制氢装置结构简单紧凑，稳定性好，能够满足实际应用和工业化生产。

本发明至少提供如下技术方案：

一种基于太阳光热及光电催化集成水解制氢装置，包括：

产氢器件，包含具有受光面的光阳极和光阴极，所述光阳极产生氧气，所述光阴极产生氢气；

绿色室，其包含所述产氢器件，收纳与所述光阳极和所述光阴极接触的第一水溶液以及产生的氢气和氧气；

冷却室，其盛放第二水溶液，第二水溶液的温度不高于所述第一水溶液的初始温度；

热电器件，其具有第一表面和第二表面，所述第一表面与所述绿色室邻接设置，所述第二表面与所述冷却室邻接设置；

其中，所述光阳极和所述光阴极分别连接至所述热电器件。

所述第一水溶液选用海水。

所述第一水溶液选用中性缓冲溶液。

所述第二水溶液选用温度恒定的液体。

所述第二水溶液选用海水。

太阳光照射经过所述光阳极之后传输至所述光阴极的受光面。

所述光阳极和所述光阴极并排设置于所述绿色室中。

所述光阴极包含CZTS系光吸收层。

所述光阳极选用BiVO₄光阳极。

所述光阴极选用Pt-HfO₂/CdS/CZTS光阴极。