[发明专利]一种电解水制氢的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及氢能制取技术领域，特别涉及一种电解水制氢的方法和装置。

背景技术

氢气是一种高效、清洁、廉价的新型能源，它以水的形式大量存在于地球。氢气的热值极高，是汽油的三倍，而且氢气的燃烧产物是水。在未来全球不可再生能源（煤、石油、天然气等）短缺的情况下，氢气将成为一种重要的新型清洁能源。

世界各国都在大力研究各种制氢方法，比较成熟的方法有太阳能光解制氢法、电解制氢法和矿物燃料制氢法。但是太阳能光解制氢法能量转化效率仅为1-2 %，技术十分复杂；电解制氢法需要消耗大量的电能，生产成本较高；矿物燃料制氢法需要消耗大量的不可再生能源（煤、石油、天然气等），同时会向环境中排放大量的温室气体。因此，这些原因限制了氢气作为一种替代能源的广泛应用。怎样在高效、安全、环保、可持续的条件下，将环境中的其它形式的能量转化为氢能源，一直是人们亟待解决的问题。

在人类生活的环境中存在着大量的低频机械振动能，例如：当汽车在公路上行驶，公路路面会在车轮作用下产生一个低频的振动；喷气式客机在机场起飞和降落过程中，发动机的噪音会使得跑道附近的一些物体产生机械振动；在一些大型购物商场等人流量较多的地区，人们走过路面也会使地面产生一定频率的低频振动；由于涨潮落潮，海面江面会产生一定频率的机械振动；一些树木在受到风吹动的时候，树枝会产生低频的振动。这些低频的机械振动有时会对人们的生产生活产生巨大的干扰。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述制氢方法的缺点，提供一种电解水制氢的方法。

本发明的另一个目的是提供一种电解水制氢的装置。

为实现第一个发明目的，本发明采用的技术方案是：一种电解水制氢的方法，包括压电悬臂梁、整流电路、电解槽、氢气收集装置以及氧气收集装置，其特征在于：所述压电悬臂梁具有一不锈钢板,该不锈钢板连接低频机械振动，通过压电材料将振动能转化为电能，通过与电极相连的导线连接到整流电路的输入电压端，整流电路可以直接将压电悬梁输入的交流电信号转化为直流电信号，并将向电解槽导电，开始电解水，电解时电解槽的阴极产生氢气，电解槽的阳极产生氧气，分别用氢气收集装置以及氧气收集装置进行收集。

进一步的说，所述的压电悬臂梁采用的压电材料的极化方向和振动模式是沿厚度方向极化，上下两面涂覆电极，振动模式为长度伸缩振动模式。

进一步的说，所述的压电悬臂梁采用的压电材料的极化方向和振动模式是沿长度方向极化，上下两面涂覆电极，振动模式为厚度切变振动模式。

为实现第二个发明目的，本发明采用的技术方案是：一种电解水制氢的装置，包括电解槽、氢气收集装置和氧气收集装置，氢气收集装置和氧气收集装置置于电解槽内，其特征在于：所述电解水制氢的装置还包括压电悬臂梁和整流电路，压电悬臂梁通过导线连接到整流电路的电压输入端，整流电路的输出电压连接电解槽，所述压电悬臂梁包括悬臂梁基座、压电材料、涂覆在压电材料上的电极、不锈钢板，所述不锈钢板和悬臂梁基座相连;所述压电材料在不锈钢板和悬臂梁基座的交接处，上下各一层，每一层的两面都涂覆着电极。

进一步的说，所述的压电悬臂梁采用数个压电材料串联或并联构成。

进一步的说，所述的压电悬臂梁采用的压电材料选自PZT压电陶瓷片和PMN-PT单晶中的一种或两种。

进一步的说，所述的压电悬臂梁也可以在悬梁末端粘接一个小质量块。

进一步的说，所述电解槽，其电极采用钢、铂金和白金中的一种耐腐蚀金属材料。

在外界环境的机械振动力作用下，压电悬臂梁振动弯曲导致压电陶瓷产生形变。由于压电效应，压电悬臂梁会输出一个交流电信号。交流电信号经过整流电路后成为直流电信号，将输出直流电信号的正负极连接到电解槽。当输出电压达到电解液的实际电解电压时，水将分解为氢气和氧气，产生的氢气和氧气通过气体收集装置进行收集。

向电解槽中加入一定浓度的电解液，当悬梁在外力作用下发生振动时，压电悬臂梁将机械振动能转化为电能，转化的电能将水电解分离成氢气和氧气。

该方法能量转化效率的计算：

表1