本發明涉及制氫技術領域,尤其涉及一種等離子體制氫的方法。
背景技術:
氫能是一種理想的綠色能源,許多國家都將氫能的開發利用提升到國家能源發展戰略的高度,并投入巨大的人力物力競相開發利用。氫氣轉化效率高且排放污染相對內燃機小得多,使用氫能源可以有效降低汽車等設備污染物的排放,是解決北京這樣的大中城市環境問題的有效途徑之一。近年來,隨著城市環境污染的日趨嚴重,對汽車排放污染物提出了更加嚴格的限制,許多研究者和汽車公司投入了大量的資金進行燃料電池和氫氣內燃機的研究,隨著燃料電池主體技術的成熟,其制氫供氫技術的相對滯后成為制約燃料電池及其電動汽車商業化的瓶頸因素,因此亟需研發方便、快捷、多樣化的中小型規模制氫生產技術。
然而,現有技術中制氫的主要原料是汽油、柴油、天然氣、甲醇、乙醇等含氫礦物質或生物油,在目前氫氣生產中,50%產量來自于以甲烷為主要成分的天然氣水蒸汽催化重整制氫,屬于大規模生產工藝。很顯然,利用上述燃料制氫并沒有解決能源問題。
上述礦物質原料在地球上的蘊藏量是有限的,因此研究開發以水為原料的制氫技術具有重要意義。
技術實現要素:
本發明的目的是提供一種等離子體制氫的方法,該方法可用較低的光能和電能產生接觸低溫等離子體,解決水中接觸輝光放電產生等離子體的困難,從而實現以水為原料的低溫等離子體制氫。
一種等離子體制氫的方法,所述方法包括:
以水為介質,利用激光誘導水擊穿產生等離子體為接觸輝光放電提供種子電子;
所述接觸輝光放電產生的等離子體同時為所述激光誘導水擊穿提供種子電子,使之建立雪崩擊穿水產生等離子體,以維持激光電離通道的電子密度,實現水接觸輝光放電等離子體的持續產生;
利用水接觸輝光放電所產生的等離子體來制氫。
所述接觸輝光放電需要的種子電子為正離子,所述激光誘導水擊穿需要的種子電子為負離子。
所述激光誘導水擊穿產生的正離子向接觸輝光放電所在的陰極輝光放電區移動,為接觸輝光放電提供種子電子;
而接觸輝光放電產生的負離子向激光誘導水擊穿所在的激光誘導等離子區移動,為激光誘導水擊穿提供種子電子。
所述利用水接觸輝光放電所產生的等離子體來制氫,具體包括:
在激光誘導水電離和水接觸輝光放電電離之間的相互耦合作用下,實現在較低激光閾值支持下水接觸輝光放電等離子體的持續產生;
并利用持續產生的等離子體來制氫。
由上述本發明提供的技術方案可以看出,上述方法可用較低的光能和電能產生接觸低溫等離子體,解決水中接觸輝光放電產生等離子體的困難,從而實現以水為原料的低溫等離子體制氫。
附圖說明
為了更清楚地說明本發明實施例的技術方案,下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹,顯而易見地,下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例,對于本領域的普通技術人員來講,在不付出創造性勞動的前提下,還可以根據這些附圖獲得其他附圖。
圖1為本發明實施例所提供等離子體制氫的方法流程示意圖;
圖2為本發明所舉出的激光誘導與輝光放電相互作用等離子體產生的示意圖。
具體實施方式
下面結合本發明實施例中的附圖,對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述,顯然,所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例,而不是全部的實施例。基于本發明的實施例,本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例,都屬于本發明的保護范圍。
下面將結合附圖對本發明實施例作進一步地詳細描述,如圖1所示為本發明實施例所提供等離子體制氫的方法流程示意圖,所述方法包括:
步驟1、以水為介質,利用激光誘導水擊穿產生等離子體為接觸輝光放電提供種子電子;
步驟2、所述接觸輝光放電產生的等離子體同時為所述激光誘導水擊穿提供種子電子,使之建立雪崩擊穿水產生等離子體,以維持激光電離通道的電子密度,實現水接觸輝光放電等離子體的持續產生;
在具體實現中,上述接觸輝光放電需要的種子電子為正離子,所述激光誘導水擊穿需要的種子電子為負離子。
舉例來說,如圖2所示為本發明所舉出的激光誘導與輝光放電相互作用等離子體產生的示意圖,圖2中包括:陰極電極1;陰極輝光放電區2;接觸輝光放電電場區3;激光誘導等離子區4;聚焦透鏡5;nd:yag激光6和陽極電極7。結合圖2:在激光誘導等離子區4中,nd:yag激光6通過聚焦透鏡5后產生激光誘導水擊穿產生正離子,所產生的正離子向接觸輝光放電所在的陰極輝光放電區2移動,為接觸輝光放電提供種子電子;
而接觸輝光放電產生的負離子再向激光誘導水擊穿所在的激光誘導等離子區4移動,為激光誘導水擊穿提供種子電子,使得激光電離與輝光放電電離發生相互耦合,相互提供種子電子。
步驟3、利用水接觸輝光放電所產生的等離子體來制氫。
在該步驟中,具體是在激光誘導水電離和水接觸輝光放電電離之間的相互耦合作用下,實現在較低激光閾值支持下水接觸輝光放電等離子體的持續產生;
然后再利用持續產生的等離子體來制氫。
由此可見,本發明實施例所提供的制氫方法具有如下優點:
第一:制氫的原料是水,水是取之不盡、用之不竭的液體,這可能會成為未來解決能源危機的理想方法。而現有的制氫技術使用的原料是汽油、柴油、天然氣、甲醇、乙醇等含氫礦物質或生物油等燃料,這些礦物質或生物油等燃料是有限的,用這些燃料制氫只能解決了環境污染問題(如汽車排放),并沒有解決能源問題,其應用范圍受到很大限制。
第二:電能和光能直接作用于水分子(原料分子),是直接分解水分子制氫。而現有技術是通過氬氣等工作氣體產生等離子體后,將等離子體的能量傳給原料分子,是間接地分解原料分子。
第三:在液態下進行輝光放電產生等離子體。而現有的制氫技術需要將制氫的原料汽化,是在氣態下產生等離子體進行輝光放電,氣體和液體中產生等離子體最大的區別在于氣體是絕緣的,而液體如液態水是導電體,含有大量的導電離子,而本發明正是利用液體的導電特性來實現水中激光與輝光放電電離之間的耦合。
第四:利用電能和光能組合產生等離子體,激光誘導電離是預電離,接觸輝光放電是主電離,而預電離所需的能量往往比主電離要高,因此本發明可以為光解水制氫技術找到一個重大的突破口。
以上所述,僅為本發明較佳的具體實施方式,但本發明的保護范圍并不局限于此,任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明披露的技術范圍內,可輕易想到的變化或替換,都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。因此,本發明的保護范圍應該以權利要求書的保護范圍為準。