光伏光熱驅動(dòng)的熱化學(xué)與電解耦合制氫系統及方法

1.本發(fā)明屬于太陽(yáng)能利用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種光伏光熱驅動(dòng)的熱化學(xué)與電解耦合制氫系統及方法。 背景技術(shù)： 2.隨著(zhù)對能源需求的不斷增加，化石燃料的消耗量以及二氧化碳的排放量也迅速上升。太陽(yáng)能作為清潔的可再生能源，資源總量巨大，是理想的替代能源，但太陽(yáng)能具有能量密度低、輻照波動(dòng)大的缺點(diǎn)。若能利用太陽(yáng)能化學(xué)制取氫氣，就能獲得高密度、穩定的化學(xué)能，優(yōu)勢顯著(zhù)。在現有的利用太陽(yáng)能制氫的方法中，光伏電解水制氫和熱化學(xué)制氫是兩種重要的制氫方式。 3.光伏電解水制氫首先進(jìn)行光伏發(fā)電，利用光生伏特效應，將太陽(yáng)光直接轉化為電能，然后進(jìn)行電解水制氫，利用光伏發(fā)電生產(chǎn)的電能對固體氧化電解池兩端施加直流電壓，使固體氧化電解池陰極的h2o被分解產(chǎn)生o 2-以及h2，隨后o 2-穿過(guò)電解質(zhì)層失去電子成為o2，最終實(shí)現固體氧化電解池的陰極產(chǎn)出氫氣，陽(yáng)極產(chǎn)出氧氣。 4.在光伏發(fā)電的過(guò)程中，光伏電池主要利用波長(cháng)在200nm-800nm的紫外光和可見(jiàn)光，無(wú)法將全部光譜的太陽(yáng)能轉換為電能，且無(wú)法實(shí)現光電轉換的光線(xiàn)會(huì )產(chǎn)生熱效應，增加光伏電池運行溫度，降低光伏電池光電轉化效率。 5.在電解水制氫的過(guò)程中，采用高溫電解的方式相較于低溫電解可以取得更高的能量轉化效率和制氫速率。從熱力學(xué)角度，高溫下電解水反應的吉布斯自由能變化降低，水的理論分解電壓降低，電能消耗減少。從動(dòng)力學(xué)角度分析，更高的操作溫度可以加快電極反應速率，使陰極和陽(yáng)極的過(guò)電位顯著(zhù)降低，有效地減少電解過(guò)程能量損失，但是提高電解池操作溫度也會(huì )相應增加供熱成本。 6.兩步法熱解制氫通常利用“兩步法”熱化學(xué)循環(huán)，利用太陽(yáng)能聚集而成的高溫熱能和氧載體的氧化還原反應分解水，反應過(guò)程如下： 7.還原反應： 8.氧化反應：mox-y+yh2o→mox+yh29.總反應： 10.氧載體首先在較高溫度下被還原失氧，然后在較低溫度下進(jìn)行氧化反應，失氧的氧載體奪取水分子中的氧原子，產(chǎn)生氫氣，實(shí)現兩步法熱化學(xué)制氫。 11.在兩步法熱化學(xué)制氫的過(guò)程中，雖然光熱技術(shù)可以利用全光譜的太陽(yáng)光，但由于太陽(yáng)能品位與熱能品位相差較大，光熱轉換過(guò)程中會(huì )存在較大的不可逆損失，，熱化學(xué)制氫產(chǎn)出的高溫混合氣仍含有巨大的能量，如何對其進(jìn)行熱回收是提高熱化學(xué)制氫效率的關(guān)鍵。 技術(shù)實(shí)現要素： 12.有鑒于此，本發(fā)明提出了一種光伏光熱驅動(dòng)的熱化學(xué)與電解耦合制氫系統及方法，該系統