本技術(shù)屬于可再生能源高效利用制備綠色化學(xué)品領(lǐng)域，具體涉及一種光伏液流電池電催化耦合聯(lián)產(chǎn)氫氣與高值化學(xué)品的反應(yīng)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
1、將太陽能等可再生能源高效轉(zhuǎn)化為綠色化學(xué)品及燃料有望替代化石能源的使用，是一條可持續(xù)的能源利用途徑。目前太陽能可通過光催化的方式進(jìn)行太陽能到化學(xué)能的能源轉(zhuǎn)化，但其效率仍需提升。而將太陽能由光伏轉(zhuǎn)化為綠電，再由綠電驅(qū)動(dòng)電催化生產(chǎn)氫氣及高附加值化學(xué)品已被證明是一種可行的方法。然而可再生能源發(fā)電的不持續(xù)性和波動(dòng)性使得電力供給不穩(wěn)定，能源轉(zhuǎn)化系統(tǒng)的高效運(yùn)行需要儲(chǔ)能體系的引入。
2、液流電池是一種大容量長時(shí)儲(chǔ)能技術(shù)，開端于20世紀(jì)70年代，由美國國家航天局的路易斯等人提出，在這五十多年來獲得了迅速的發(fā)展，其已被證明其可有效地進(jìn)行電網(wǎng)的調(diào)幅調(diào)頻。例如，chunsheng?wang等人設(shè)計(jì)了一種可逆的氯氧化還原液流電池，該電池從電解水性nacl電解質(zhì)開始，將產(chǎn)生的cl2提取并儲(chǔ)存在四氯化碳中進(jìn)行氧化還原，實(shí)現(xiàn)了液流電池的成本降低以及活性提升(nat.commun.2022,13,1281)。然而將液流電池應(yīng)用于可再生能源轉(zhuǎn)換為化學(xué)能的體系目前研究較少，仍以光伏-電催化體系為主。例如antonillobet等人使用了以[ru(o)(tda)(py)2]分子催化劑為陽極的光伏-電催化系統(tǒng)，在中性ph下實(shí)現(xiàn)了21.2％的太陽能-氫能轉(zhuǎn)換效率(acs?appl.mater.interfaces?2020,12,50,55856-55864)。xiaodan?zhang等人報(bào)道了一種由ni、fe、cr和mo元素組成的二維納米片四元金屬氫氧化物催化劑，用于在光伏-電催化體系中電解海水，該體系能夠在在1.82v電壓下以500ma?cm-2的電流密度運(yùn)行1000小時(shí)(acs?nano?2023,17,5,4539-4550)。盡管這些光伏-電催化系統(tǒng)為太陽能到化學(xué)能的轉(zhuǎn)化做出了良好的示范，然而光伏的不連續(xù)性使得必須在體系內(nèi)借助大容量儲(chǔ)能系統(tǒng)如液流電池來對電力輸送進(jìn)行調(diào)整，并且液流電池的系統(tǒng)電子經(jīng)濟(jì)性也需要得到進(jìn)一步提升。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本實(shí)用新型是為了優(yōu)化現(xiàn)有技術(shù)中存在的可再生能源向化學(xué)能的綠色轉(zhuǎn)化系統(tǒng)效率較低，以及作為中繼的電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)成本高且能源利用率低的問題而提出的，其目的是提供一種光伏液流電池電催化耦合聯(lián)產(chǎn)氫氣與高值化學(xué)品的反應(yīng)系統(tǒng)。
2、本實(shí)用新型是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
3、一種光伏液流電池電催化耦合聯(lián)產(chǎn)氫氣與高值化學(xué)品的反應(yīng)系統(tǒng)，包括光伏供電系統(tǒng)以及與光伏供電系統(tǒng)電連接的液流電池耦合產(chǎn)氫與有機(jī)氧化系統(tǒng)和電解水制氫耦合氧化系統(tǒng)；所述光伏供電系統(tǒng)包括至少一個(gè)光伏組件，光伏組件與液流電池耦合產(chǎn)氫與有機(jī)氧化系統(tǒng)之間的電路上依次設(shè)置液流變壓器、液流斷路器和液流直流電源；光伏組件與電解水制氫耦合氧化系統(tǒng)之間的電路上依次設(shè)置電解變壓器、電解斷路器和電解直流電源；所述液流電池耦合產(chǎn)氫與有機(jī)氧化系統(tǒng)包括至少一個(gè)液流電池反應(yīng)器、液流電池存儲(chǔ)機(jī)構(gòu)和夜間供電機(jī)構(gòu)；所述液流電池存儲(chǔ)機(jī)構(gòu)包括與正極之間形成回路的液流正極電解液儲(chǔ)存器、與充電負(fù)極流道板的進(jìn)液口連通的前充電負(fù)極電解液儲(chǔ)存器、與充電負(fù)極流道板的出液口連通的后充電負(fù)極電解液儲(chǔ)存器、與放電負(fù)極流道板的進(jìn)液口連通的前放電負(fù)極電解液儲(chǔ)存器、與放電負(fù)極流道板的出液口連通的后放電負(fù)極電解液儲(chǔ)存器以及與充電負(fù)極和放電負(fù)極的出氣孔連通的液流氫氣集氣裝置；所述夜間供電機(jī)構(gòu)包括依次電連接夜間變壓器、夜間斷路器和夜間直流電源；所述電解水制氫耦合氧化系統(tǒng)包括至少一個(gè)電解槽反應(yīng)器和電解存儲(chǔ)機(jī)構(gòu)；所述電解存儲(chǔ)機(jī)構(gòu)包括與流道板進(jìn)液口連通的前電解液儲(chǔ)存器、與流道板出液口連通的后電解液儲(chǔ)存器以及與電解負(fù)極的出氣孔連通電解氫氣集氣裝置。
4、在上述技術(shù)方案中，當(dāng)所述光伏組件為多個(gè)時(shí)，多個(gè)光伏組件之間串聯(lián)連接或并聯(lián)連接；當(dāng)液流電池反應(yīng)器為多個(gè)時(shí)，多個(gè)液流電池反應(yīng)器之間串聯(lián)或并聯(lián)連接；當(dāng)所述電解槽反應(yīng)器為多個(gè)時(shí)，多個(gè)電解槽反應(yīng)器之間串聯(lián)連接或并聯(lián)連接。
5、在上述技術(shù)方案中，所述液流電池反應(yīng)器包括兩塊端板以及依次設(shè)置于兩塊端板之間的充電負(fù)極、正極和放電負(fù)極；左側(cè)的端板與充電負(fù)極之間以及右側(cè)的端板與放電負(fù)極之間設(shè)置密封板；充電負(fù)極與正極之間以及放電負(fù)極與正極之間均設(shè)置密封板和隔膜，且密封板靠近正極設(shè)置；所述充電負(fù)極包括依次設(shè)置的充電負(fù)極流道板、充電負(fù)極催化層和充電負(fù)極集流板，且充電負(fù)極流道板靠近左側(cè)的端板設(shè)置；所述正極包括正極集流板和正極催化層，且正極催化層靠近正極側(cè)設(shè)置；所述放電負(fù)極包括依次設(shè)置的放電負(fù)極流道板、放電負(fù)極催化層和放電負(fù)極集流板，且放電負(fù)極流道板靠近右側(cè)的端板設(shè)置；所述端板、充電負(fù)極、正極、放電負(fù)極和密封板之間通過螺栓緊固連接。
6、在上述技術(shù)方案中，所述充電負(fù)極集流板、正極集流板和放電負(fù)極集流板結(jié)構(gòu)相同，均為長方形板狀結(jié)構(gòu)，一端形成接線用凸起，中間形成催化層凹槽，催化層設(shè)置于催化層凹槽內(nèi)；所述充電負(fù)極流道板和放電負(fù)極流道板結(jié)構(gòu)相同，均為長方形板狀結(jié)構(gòu)，頂端凸起形成用于連接電線的接線板，板體中段形成s形盤繞的液體流道；所述密封板為長方形板狀結(jié)構(gòu)，中間形成三個(gè)長方形通孔，三個(gè)通孔自下而上依次為原料混合腔、反應(yīng)腔和出料腔。
7、在上述技術(shù)方案中，所述充電負(fù)極集流板和正極集流板分別與液流直流電源的負(fù)極和正極電連接。
8、在上述技術(shù)方案中，所述夜間變壓器與正極集流板和放電負(fù)極集流板電連接；夜間直流電源的正負(fù)極分別與電解槽反應(yīng)器的電解正極集流板和電解負(fù)極集流板連接；
9、在上述技術(shù)方案中，所述電解槽反應(yīng)器包括兩塊電解端板以及設(shè)置于兩塊電解端板之間的電解正極和電解負(fù)極，電解正極和電解負(fù)極之間設(shè)置墊片；電解正極和電解負(fù)極與其同側(cè)的電解端板之間均設(shè)置電解密封板和流道板，且電解密封板靠近電解端板設(shè)置；所述電解正極包括電解正極集流板和電解正極催化層；所述電解負(fù)極包括電解負(fù)極集流板和電解負(fù)極催化層；所述電解端板、電解正極、電解負(fù)極、墊片、電解密封板和流道板之間通過螺栓緊固連接。
10、在上述技術(shù)方案中，所述電解正極集流板和電解負(fù)極集流板的結(jié)構(gòu)與充電負(fù)極集流板結(jié)構(gòu)相同；所述電解密封板與密封板結(jié)構(gòu)相同；所述墊片為長方框型結(jié)構(gòu)。
11、本實(shí)用新型的有益效果是：
12、本實(shí)用新型提供了一種光伏-液流電池-電催化耦合聯(lián)產(chǎn)氫氣與高值化學(xué)品的反應(yīng)系統(tǒng)，有效將綠電與綠儲(chǔ)系統(tǒng)進(jìn)行了串聯(lián)，并可生產(chǎn)綠氫與高值的綠色化學(xué)品，實(shí)現(xiàn)了可再生能源到綠色化學(xué)品的高效轉(zhuǎn)化；本實(shí)用新型引入了液流電池耦合制氫與有機(jī)氧化系統(tǒng)，利用了液流電池的長時(shí)儲(chǔ)能與大容量特性實(shí)現(xiàn)了體系全天時(shí)長運(yùn)行，并引入水分解制氫與有機(jī)氧化體系替代負(fù)極反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了可再生電能的高效利用。該體系適用性廣泛，為可再生能源的合理利用及有機(jī)化學(xué)品綠色合成領(lǐng)域提供了新思路。
1.一種光伏液流電池電催化耦合聯(lián)產(chǎn)氫氣與高值化學(xué)品的反應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于：包括光伏供電系統(tǒng)以及與光伏供電系統(tǒng)電連接的液流電池耦合產(chǎn)氫與有機(jī)氧化系統(tǒng)和電解水制氫耦合氧化系統(tǒng)；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏液流電池電催化耦合聯(lián)產(chǎn)氫氣與高值化學(xué)品的反應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于：當(dāng)所述光伏組件(11)為多個(gè)時(shí)，多個(gè)光伏組件(11)之間串聯(lián)連接或并聯(lián)連接；當(dāng)液流電池反應(yīng)器(21)為多個(gè)時(shí)，多個(gè)液流電池反應(yīng)器(21)之間串聯(lián)或并聯(lián)連接；當(dāng)所述電解槽反應(yīng)器(31)為多個(gè)時(shí)，多個(gè)電解槽反應(yīng)器(31)之間串聯(lián)連接或并聯(lián)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏液流電池電催化耦合聯(lián)產(chǎn)氫氣與高值化學(xué)品的反應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于：所述液流電池反應(yīng)器(21)包括兩塊端板(211)以及依次設(shè)置于兩塊端板(211)之間的充電負(fù)極(212)、正極(213)和放電負(fù)極(214)；左側(cè)的端板(211)與充電負(fù)極(212)之間以及右側(cè)的端板(211)與放電負(fù)極(214)之間設(shè)置密封板(215)；充電負(fù)極(212)與正極(213)之間以及放電負(fù)極(214)與正極(213)之間均設(shè)置密封板(215)和隔膜(216)，且密封板(215)靠近正極(213)設(shè)置；所述充電負(fù)極(212)包括依次設(shè)置的充電負(fù)極流道板(2121)、充電負(fù)極催化層(2122)和充電負(fù)極集流板(2123)，且充電負(fù)極流道板(2121)靠近左側(cè)的端板(211)設(shè)置；所述正極(213)包括正極集流板(2131)和正極催化層(2132)，且正極催化層(2132)靠近正極(213)側(cè)設(shè)置；所述放電負(fù)極(214)包括依次設(shè)置的放電負(fù)極流道板(2141)、放電負(fù)極催化層(2142)和放電負(fù)極集流板(2143)，且放電負(fù)極流道板(2141)靠近右側(cè)的端板(211)設(shè)置；所述端板(211)、充電負(fù)極(212)、正極(213)、放電負(fù)極(214)和密封板(215)之間通過螺栓緊固連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光伏液流電池電催化耦合聯(lián)產(chǎn)氫氣與高值化學(xué)品的反應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于：所述充電負(fù)極集流板(2123)、正極集流板(2131)和放電負(fù)極集流板(2143)結(jié)構(gòu)相同，均為長方形板狀結(jié)構(gòu)，一端形成接線用凸起，中間形成催化層凹槽，催化層設(shè)置于催化層凹槽內(nèi)；所述充電負(fù)極流道板(2121)和放電負(fù)極流道板(2141)結(jié)構(gòu)相同，均為長方形板狀結(jié)構(gòu)，頂端凸起形成用于連接電線的接線板，板體中段形成s形盤繞的液體流道；所述密封板(215)為長方形板狀結(jié)構(gòu)，中間形成三個(gè)長方形通孔，三個(gè)通孔自下而上依次為原料混合腔、反應(yīng)腔和出料腔。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光伏液流電池電催化耦合聯(lián)產(chǎn)氫氣與高值化學(xué)品的反應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于：所述充電負(fù)極集流板(2123)和正極集流板(2131)分別與液流直流電源(14)的負(fù)極和正極電連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏液流電池電催化耦合聯(lián)產(chǎn)氫氣與高值化學(xué)品的反應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于：所述夜間變壓器(231)與正極集流板(2131)和放電負(fù)極集流板(2143)電連接；夜間直流電源(233)的正負(fù)極分別與電解槽反應(yīng)器(31)的電解正極集流板(3121)和電解負(fù)極集流板(3132)連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏液流電池電催化耦合聯(lián)產(chǎn)氫氣與高值化學(xué)品的反應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于：所述電解槽反應(yīng)器(31)包括兩塊電解端板(311)以及設(shè)置于兩塊電解端板(311)之間的電解正極(312)和電解負(fù)極(313)，電解正極(312)和電解負(fù)極(313)之間設(shè)置墊片(314)；電解正極(312)和電解負(fù)極(313)與其同側(cè)的電解端板(311)之間均設(shè)置電解密封板(315)和流道板(316)，且電解密封板(315)靠近電解端板(311)設(shè)置；所述電解正極(312)包括電解正極集流板(3121)和電解正極催化層(3122)；所述電解負(fù)極(313)包括電解負(fù)極集流板(3132)和電解負(fù)極催化層(3131)；所述電解端板(311)、電解正極(312)、電解負(fù)極(313)、墊片(314)、電解密封板(315)和流道板(316)之間通過螺栓緊固連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光伏液流電池電催化耦合聯(lián)產(chǎn)氫氣與高值化學(xué)品的反應(yīng)系統(tǒng)，其特征在于：所述電解正極集流板(3121)和電解負(fù)極集流板(3132)的結(jié)構(gòu)與充電負(fù)極集流板(2123)結(jié)構(gòu)相同；所述電解密封板(315)與密封板(215)結(jié)構(gòu)相同；所述墊片(314)為長方框型結(jié)構(gòu)。