一种电解过氧化氢制氢气的装置及方法与流程1.本创造涉及氢能技术领域，具体涉及一种电解过氧化氢制氢气的装置及方法。背景技术：2.电解水制氢是将电能转化为化学能的有效手段之一。目前电解水制氢装置主要有质子交换膜电解水制氢装置，碱性氢氧根离子交换膜电解水制氢装置，以及石棉网隔膜碱性电解水制氢装置等。这类电解水制氢装置都是以水分子作为富氢载体，对水分子进行电解反应，单个电解槽的理论电压都需要在1.23v以上，实际工作时单个槽电压往往在1.4v至1.8v甚至更高，以便电解水反应得以快速进行。现有电解水制氢技术用法的高槽电压会导致极高的电解制氢能耗。高槽电压也会对阳极上的催化剂、催化剂载体、粘结剂、聚电解质、气体集中层材料、极板材料等产生猛烈的电化学氧化与破坏作用，导致电解水制氢装置难以长期稳定运行。为实现电能到氢能的高效转化，解决现有电解水制氢方法的高能耗、低系统稳定性问题，需要从原理上查找一种可通过低槽电压实现高效、稳定的电制氢方法。3.过氧化氢作为液态富氢材料，其生产、运送、存储和用法都格外便利。理论上过氧化氢的电化学氧化反应(h2o22hII+o2，或h2o2+2oh+o2，或ho2‑+oh)可以在低电势(相对于可逆氢参比电极电势0.7v)下发生。通过将过氧化氢电化学氧化反应与电化学析氢反应(2h，理论电势相对于可逆氢参比电极电势为0v)耦合构成电化学装置，可以在低槽电压(即大于理III论槽电压0.7v时)制备氢气，且槽电压远低于电解水制氢的理论槽电压(1.23v)。这一低槽电压的特征可以大幅度降氢的能耗，有效地延缓或避开催化剂、粘结剂、聚电解质、双极板、气体集中层材料的电化学氧化，保证该电化学制氢装置稳定运行。4.目前，现存技术中尚无利用过氧化氢实现电化学制氢的案例。这一方面是由于在无隔膜装置中挺直电解过氧化氢无法有效制得氢气。过氧化氢会在阴极发生电化学还原反应(h2o2+2h2h2o或ho2‑+h2o+2e)，与阴极上需要的电化学析氢反应进行竞争，导致没办法有效获得氢气。所以，要利用过氧化氢实现高效电能制氢，必需用法隔膜将电解池进行分割，将过氧化氢限制在电解槽的阳极室内，从而阻挡过氧化氢在阴极上发生电化学还原反应，实现阳极过氧化氢氧化反应与阴极电化学析氢反应的高效耦合。5.另外一方面，过氧化氢在阳极电位低于1.78v(相比于可逆氢参比电极电势)时也会存在电化学还原反应(h2o2+2h+2eIV2h2o或ho2‑+h2o+2e)。过氧化氢的电化学还原反应与电化学氧化反应可以在阳极电位低于1.78v时进行耦合反应生成水与氧气，导致过氧化氢被消耗的同时却无法与阴极电化学制氢反应耦合。所以，要利用过氧化氢作为富氢载体材料，进行高效的电化学制氢，必需设计用法对过氧化氢电化学氧化有高度选择性的阳极催化剂材料，避开过氧化氢电化学还原反应在阳极的发生。6.在专利申请号为cn3.5、cn7.x的专利申请文件中均提及了过氧化氢的电解，但是上述创造装置用途都是为制备氧气，对隔膜装置以及用法的催化剂并无提及，不具备制氢气的功能。技术实现要素：7.为解决以上问题，本创造的目的是通过耦合过氧化氢电化学氧化反应与电化学析氢反应，供应一种电解过氧化氢制氢气的装置。该装置利用过氧化氢作为液态富氢载体，结合隔膜结构限制过氧化氢于阳极室，并选用对过氧化氢电化学氧化反应具有高选择性的阳极催化剂，可以在低能耗下实现稳定电能制氢。8.本创造的另一个目的是供应一种电解过氧化氢制氢气的方法——耦合过氧化氢电化学氧化与电化学析氢反应实现制氢气的方法。该方法可以在一定程度上完成电能到氢能的高效转化，制氢能耗低，系统稳定。此外，基于过氧化氢溶液的低凝固点特点，该方法能够在较宽温度范围下(45至90)实现电化学制氢，在户外低温低维护作业等特殊应用场景中具有格外重要的意义。9.为实现上述目的，本创造的技术方案如下。10.一种电解过氧化氢制氢气的装置，包括由隔膜阻隔形成的阳极室和阴极室，所述阳极室内配置有阳极电极，所述阴极室内配置有阴极电极，所述阳极电极与所述阴极电极分别通过导线与外部电源连接；所述阳极室内配置有含过氧化氢的溶液a，且通过隔膜将过氧化氢阻隔在所述阳极室内；所述阳极电极的表面配置有阳极催化剂层，所述阳极催化剂层是由以下方法制备：11.将阳极催化剂材料与粘结剂形成混合溶液均匀分散后，通过喷涂或者浸泡使其分布于阳极集中层的表面及内部；12.所述阳极催化剂材料为金属基材料、有机聚合物材料、或碳基材料中的任凭一种或多种的组合。13.优选地，所述金属基材料为铁、锰、钴、锌、铜、镍、铬、镉、汞、铅、金、银、钇、铂、钯、铑、钌中的任凭一种或几种组合的金属，或者其合金、其氧化物、氢氧化物、氮化物、硫化物、磷化物、配位物中的任凭一种或多种的组合；14.所述有机聚合物材料为含氮聚合物、金属离子掺杂含氮聚合物、含氧聚合物，其中含氮聚合物为聚苯胺、聚吡咯、聚吡啶、聚噻吩中的任凭一种或多种的组合，含氧聚合物为聚蒽醌、含酚聚合物的任凭一种或多种的组合；15.所述碳基材料是金属元素与非金属元素共掺杂的碳材料，其中金属元素为单分散金属原子、金属原子团簇、金属原子配位物中的任凭一种或多种的组合。所述碳基材料中掺杂的金属元素VI几种组合的金属。所述碳基材料中掺杂的非金属元素为氮、磷、氧、硫、砷中的任凭一种或几种的组合。16.进一步优选地，所述碳基材料是锰氮共掺杂碳材料、钴氮共掺杂碳材料、铁氮共掺杂碳材料、镍氮共掺杂碳材料、铜氮共掺杂碳材料、铂氮共掺杂碳材料、钌氮共掺杂碳材料、钯氮共掺杂碳材料、钴氮硫共掺杂碳材料、镍氮磷共掺杂碳材料、铁氮磷共掺杂碳材料中的任凭一种或多种的组合。17.优选地，所述溶液a中，过氧化氢的质量百分浓度为0.25％～100％；所述溶液a的ph3～18。18.进一步优选地，所述溶液是过氧化氢或者过氧化氢与其它电解质溶液的混合液；所述其它电解质溶液为酸性电解质溶液、中性电解质溶液、碱性电解质溶液中的任凭一种；所述其它电解质溶液的浓度为0.1mmol/l～10mol/l。19.进一步优选地，所述酸性电解质为硫酸、盐酸、高氯酸、磷酸、三氟甲磺酸、1磺酸丁基咪唑硫酸氢盐中的任凭一种；20.所述碱性电解质为氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化锂、碳酸氢钠、碳酸氢钾、1VII丁咪唑氢氧化物中的任凭一种；21.所述中性电解质溶液为硫酸钠、硫酸钾、氯化钠、氯化钾中的任凭一种的水溶液，或者pbs磷酸盐缓冲溶液。22.优选地，所述隔膜为质子交换膜、阴离子交换膜、氢氧根离子交换膜、双极膜、离子半透膜、石棉隔网中的任凭一种或者多种的复合膜。23.优选地，所述阳极集中层选用石墨毡、石墨板、碳板、碳纤维布、碳纤维层、碳纤维纸、多孔碳膜、多孔石墨、泡沫碳中的任凭一种或者由碳涂层掩盖庇护的多孔金属介质。24.优选地，所述粘结剂为全氟磺酸聚电解质、磺化聚醚醚酮聚电解质、磺化聚砜聚电解质、磷酸化聚苯并咪唑、季铵化聚砜聚电解质、苄基三甲基季铵盐聚电解质、聚苯咪唑聚电解质、 聚乙烯醇聚电解质、杂多酸电解质、羧甲基纤维素、聚四氟乙烯、丁苯胶乳中的任凭一种或者 多种的混合物。 25.本创造还供应一种电解过氧化氢制氢气的方法，包括以下步骤： 26.s1、制备上述电解过氧化氢制氢气的装置； 27.s2、向s1 所述装置的阳极室内泵入含过氧化氢的溶液a，并通过外部电源向阳极电极和阴 极电极施加电压，在阳极室内进行过氧化氢电化学氧化反应，在阴极室内进行电化学析氢反应， 然后对阴极生成的氢气和阳极生成的氧气进行收集或挺直利用； VIII 28.其中，单个电解槽电压为0.7～1.3v，温度为 45～90。29.本创造的有益效果： 30.1、本创造的装置利用过氧化氢作为富氢载体，通过配置隔膜、选用对过氧化氢电化学氧化 反应具有高选择性的催化剂可以在宽温度范围内( 45至90)实现电能制氢，不仅制氢能耗低，而且系统稳定性高。另外本创造的装置能在低温( 45至0)下实现制氢，可应用于户外低温、低维护场景。31.2、本创造的电解制氢装置中的电解质及隔膜的可应用范围相对较广，并能在酸、碱、 中性的电解体系下进行电化学制氢。 32.3、本创造阳极主要发生过氧化氢电化学氧化反应，且发生电位较低(大于0.7v 即可)，因此 无需在阳极中用法耐高电位腐蚀的昂贵材料。本创造装置中阳极催化剂、气体集中层、流道板 都可以用法廉价的碳基材料，替代传统电解水制氢装置中昂贵的贵金属催化剂、多孔钛集中层、 镀金钛流道与双极板，从而大幅度的降低系统的制造成本。本创造中槽电压低于常规的电解水电压， 电能转化为氢气的能量效率更加高。 33.4、本创造的关键点：一是用法膜将电解池进行分割，从而抑制过氧化氢在阴极上副反应的 进行；二是过氧化氢氧化阳极催化剂的选择，该催化剂必需对过氧化氢氧化具有强选择性和活 性，而对过氧化氢还原不有着非常明显催化活性，进而避开过氧化氢歧化反应对电解槽制氢效率的 影响。本创造利用隔膜配置，以及高选择、高稳定性的阳极催化剂，使其在较少的能耗下实现 稳定制氢。 IX 附图解释 34.图1 为本创造供应的一种实施方式的电解过氧化氢制氢气的装置的原理图。 35.图2 为本创造供应的另一种实施方式的电解过氧化氢制氢气的装置的原理图。 36.图3 为本创造实施例供应的电解槽的装配结构示意图。 37.图 为本创造实施例1中作为阳极催化剂的铁氮共掺杂碳材料的扫描电子显微和透射电子 显微图，其中，(a)为扫描电镜图，(b)为透射电镜图。 38.图 为本创造实施例1中涂布在碳布上的由铁氮共掺杂碳材料与粘结剂构成的阳极催化剂 层的光学照片。 39.图 中的涂布在碳布上的由铁氮共掺杂碳材料与粘结剂构成的阳极催化剂层在不同放大倍率下的扫描电子显微图。 40.图7 为本创造实施例1 中电解过氧化氢制氢气的装置的电流密度 槽电压曲线 中在不同外加电压下的电流效率曲线及对应的氢气生成速率曲线 中在不同外加槽电压下的制氢比能耗电量柱形图。 43.图10为本创造实施例2中由钴氮共掺杂碳材料与粘结剂构成的阳极催化剂层的扫描电子显 微图像。 44.图11 为本创造实施例2 中电解过氧化氢制氢气的装置的电流密度 槽电压曲线中在不同外加槽电压下的电流效率曲线及对应的氢气生成速率曲线 的电解液中的电流密度 槽电压曲线 的酸性条件下，过氧化氢浓度为0.25m，0.5m，0.75m， 1m，2m，4m，7m的电流密度 槽电压曲线 中用钴掺杂聚吡咯作为阳极催化剂时的电流密度 槽电压曲线 中以氟乙酸和n 槽电压曲线 供应的现有电解水制氢气的装置和本创造实施例1 的电解过氧化氢制氢气 的装置在制氢时的电流密度 槽电压曲线对比图。具体实施方式 51.为了使本创造的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本创造