基于钠-空气电池的循环制氢方法及装置与流程

基于钠
‑
空气电池的循环制氢方法及装置
技术领域
1.本发明涉及化学制氢技术领域，特别涉及一种基于钠
‑
空气电池的循环制氢方法和装置。


背景技术：

2.氢气是一种无毒，有窒息性，并易燃易爆的气体；但氢气具有广泛的用途，例如：氢是主要的工业原料，也是最重要的工业气体和特种气体，在电子工业、冶金工业、燃料电池等方面有着广泛的应用；另一方面，氢能是一种极为环保的能源，未来极有可能取代现有的化石能源。
3.现有技术的制氢方法主要有物理制氢法、化学制氢法和生物制氢法等方法：
4.①
电解水制氢，水电解制氢工艺是很古老的制氢方法,目前国内外对此技术已较成熟,设备已成套化和系列化，该方法优点是工艺较简单,可完全自动化,操作方便,其氢气纯度较高(一般可达99％～99.9％)。缺点是耗电量较高，一般不低于5kw
·
h/m3(标准)，产氢速率慢，使得成本较高。
5.②
甲醇蒸气转化制氢，目前甲醇蒸气转化制氢已成为重要的产氢方法。该方法的优点是装置投资成本低，约为水电解制氢装置成本的33％～50％，缺点是工艺流程复杂，需要使用大量的催化剂，并且反应是一个吸热反应，造成成本增加。
6.③
氨分解制氢，氨气在催化剂存在下,温度高于550℃时即可分解为n2和h2。该法的优点是比水电解法制氢能耗低40％以上，但其缺点也是明显的:一是反应温度高(约800℃)，对反应器和换热器等材质要求较高；二是液氨储存需用压力容器,且氨气属易燃易爆品。
7.④
化石燃料制氢，该方法是以煤、天然气等化石燃料为原料，利用不同的温度、催化剂及工艺使得化石原料变为氢气和其他副产物。该方法的优点是化石燃料为原料的制氢方法经济性较好，且氢气的提取率和纯度都有很高的水平，适合工业上的大规模制氢，但缺点是化石燃料储量有限，制氢工艺较为复杂，成本较高，并且利用化石燃料制得氢气时会对环境造成不可逆转的污染。
8.⑤
生物质制氢，生物质制氢技术包括生物质热化学转化法和生物法，分别通过利用热化学法或微生物将生物质(麦秸、稻草等)通过裂解或酶催化反应制得氢气。生物质热化学制氢缺点是效率较低、过程耗能高、设备易堵塞和腐蚀等问题，而生物法制氢技术迄今仅限于实验室研究，实验数据多数为短期结果，连续稳定运行的研究实例很少，所以生物质制氢应用还较为困难。
9.现有的制氢方法难以达到理想的要求，存在一些难以解决的问题，如工艺复杂、效率较低、过程耗能高、设备投资大等。


技术实现要素：

10.本发明针对现有制氢技术存在的问题，提出一种工艺简单、产品纯度高、产率高、
产氢速度快、无任何废弃物产生，对环境友好的基于钠
‑
空气电池的循环制氢方法及装置。
11.一方面，本发明提供一种基于钠
‑
空气电池的循环制氢方法，所述基于钠
‑
空气电池的循环制氢方法包括以下步骤：
12.将金属钠与水进行反应，获得氢气和氢氧化钠溶液；
13.提供钠
‑
空气电池，所述钠
‑
空气电池包括正极壳体、位于正极壳体中的正极和正极电解液、固体电解质、负极壳体及位于负极壳体中的负极，所述固体电解质位于所述正极壳体和所述负极壳体之间，所述正极电解液为氢氧化钠溶液；
14.将所述氢氧化钠溶液注入所述钠
‑
空气电池的所述正极壳体中作为所述正极电解液；
15.对所述钠
‑
空气电池进行充电，使得所述正极电解液中的钠离子经过所述固体电解质至所述负极壳体中并接收电子还原成所述金属钠。
16.相较于现有技术，本发明实施例的基于钠
‑
空气电池的循环制氢方法中，将金属钠与水进行反应，产生纯度接近百分之百的氢气和高浓度的氢氧化钠溶液，同时，将制氢产生的所述氢氧化钠溶液注入所述钠
‑
空气电池作为所述正极电解液，通过对钠
‑
空气电池进行充电，利用钠
‑
空气电池将反应产生的氢氧化钠溶液再次还原为金属钠，实现金属钠的循环利用，整个反应过程简单，所述钠
‑
空气电池的充电还原反应在常温下就可以进行，反应产物只有氢气和氢氧化钠溶液两种产物，其中气体产物氢气的纯度能够达到百分之百，产品纯度高、产率高、无任何废弃物产生，提高了原材料的利用率和产品的产出率，同时，在制取氢气和还原氢氧化钠溶液的过程中，没有废气、废水及废渣的产生，实现了绿色制氢。
17.在其中的一个实施例中，所述将所述金属钠与水进行反应，获得氢气和氢氧化钠溶液包括将所述金属钠与水进行反应，获得混合气体，所述混合气体包括所述氢气和水蒸汽；将所述混合气体进行冷凝，获得所述氢气和所述水。通过将金属钠与水进行反应，获得混合气体，并通过冷凝分离混合气体中的氢气和水，可以快速分离氢气和水蒸汽，同时，两种产物分别是气态和液态，不会互溶，便于分离，提升制氢的产率和纯度。
18.在其中的一个实施例中，所述固体电解质为nasicon(na3zr2si2po
12
)结构快离子导体或β
‑
al2o3快离子导体。通过使用nasicon(na3zr2si2po
12
)结构快离子导体或β
‑
al2o3快离子导体可以提高对钠离子的传导，有助于提升提取金属钠的纯度。
19.在其中的一个实施例中，所述固体电解质为nasicon(na3zr2si2po
12
)结构快离子导体。
20.在其中的一个实施例中，所述钠
‑
空气电池还包括位于负极壳体中的负极导电介质，所述负极导电介质用于填充导电。通过设置所述负极导电介质可以有助于所述正极电解质中的钠离子获得电子还原为金属钠，提升金属钠的还原率。
21.在其中的一个实施例中，所述负极导电介质为泡沫镍。通过将泡沫镍作为所述负极导电介质，可以提高所述钠
‑
空气电池的导电性。
22.另一方面，本发明还提供一种基于钠
‑
空气电池的循环制氢装置，所述基于钠
‑
空气电池的循环制氢装置包括产氢反应罐及钠
‑
空气电池，所述钠
‑
空气电池包括正极壳体、位于正极壳体中的正极和正极电解液、固体电解质、负极壳体及位于负极壳体中的负极，所述固体电解质位于所述正极壳体和所述负极壳体之间，所述正极电解液为氢氧化钠溶液，所述钠
‑
空气电池的安装高度低于所述产氢反应罐底部，所述钠
‑
空气电池用于所述负极壳
体中获得充电时因接收电子从所述正极电解液中的钠离子经过所述固体电解质还原成的金属钠；所述产氢反应罐用于容置所述金属钠与水进行反应，获得氢气和氢氧化钠溶液，所述氢氧化钠溶液用于作为所述钠
‑
空气电池的所述正极电解液。
23.本发明实施例的基于钠
‑
空气电池的循环制氢装置中，将金属钠与水置于所述产氢反应罐进行反应，收集纯度接近百分之百的氢气和高浓度的氢氧化钠溶液，同时，将制氢产生的所述氢氧化钠溶液注入所述钠
‑
空气电池作为所述正极电解液，通过对钠
‑
空气电池进行充电，将所述正极电解液中的钠离子经过所述固体电解质在所述负极壳体中并接收电子还原成金属钠，实现金属钠的循环利用，整个反应过程简单，所述钠
‑
空气电池的充电还原反应在常温下就可以进行，反应产物只有氢气和氢氧化钠溶液两种产物，其中气体产物氢气的纯度能够达到百分之百，产品纯度高、产率高、无任何废弃物产生，提高了原材料的利用率和产品的产出率，同时，所述基于钠
‑
空气电池的循环制氢装置设备简单，可以降低生产成本，在制取氢气和还原氢氧化钠溶液的过程中，没有废气、废水及废渣的产生，实现了绿色制氢。
24.在其中的一个实施例中，所述基于钠
‑
空气电池的循环制氢装置还包括气体产物冷凝器，所述气体产物冷凝器连接于所述产氢反应罐顶部，用于将所述产氢反应罐中反应产生的所述氢气和水蒸汽的混合气体进行冷凝从中获得所述氢气和所述水蒸汽冷凝后的所述水。通过气体产物冷凝器将金属钠与水反应产生的混合气体进行收集、冷凝，分离混合气体中的氢气和水，可以快速分离氢气和水蒸汽，同时，两种产物分别是气态和液态，不会互溶，便于分离，提升制氢的产量和纯度。
25.在其中的一个实施例中，所述基于钠
‑
空气电池的循环制氢装置还包括气体产物截止阀、原料钠进料截止阀、原料水进料截止阀、液体产物截止阀，所述原料钠进料截止阀用于控制所述金属钠投放到所述产氢反应罐中的投放量，所述原料水进料截止阀用于控制所述水投放到所述产氢反应罐中的投放量，所述液体产物截止阀为控制所述氢氧化钠溶液注入所述钠
‑
空气电池的控制开关，所述气体产物截止阀为控制所述混合气体进入所述气体产物冷凝器的开关，所述原料钠进料截止阀安装于所述产氢反应罐右侧，从所述产氢反应罐顶部向下1/3处，所述原料水进料截止阀安装于所述产氢反应罐右侧，从所述产氢反应罐顶部向下1/2处，所述钠
‑
空气电池安装于所述产氢反应罐右侧所述液体产物截止阀安装于所述产氢反应罐与所述钠
‑
空气电池之间，所述气体产物截止阀安装于所述气体产物冷凝器与所述产氢反应罐之间。通过所述原料钠进料截止阀控制所述金属钠投放量，所述原料水进料截止阀控制所述水的投放量，所述液体产物截止阀控制所述氢氧化钠溶液注入所述钠
‑
空气电池，所述气体产物截止阀控制所述混合气体进入所述气体产物冷凝器，可以精确控制制氢过程中各个环节的原料的投放量，更加精准的控制制氢反应和还原反应，提升制氢的产量和纯度，提升原料的利用率。
26.在其中的一个实施例中，所述基于钠
‑
空气电池的循环制氢装置还包括换热器，余热锅炉，所述换热器在所述产氢反应罐内部，并安装于所述产氢反应罐底部，所述余热锅炉安装于所述产氢反应罐左侧，连接于所述换热器，所述产氢反应罐中反应产生的热量由所述换热器收集后所述余热锅炉进行回收利用。通过所述换热器和所述余热锅炉可以对金属钠与水反应释放大量的热量进行回收利用，符合绿色生产理念，对环境友好。
附图说明
27.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
28.图1是本发明实施例的基于钠
‑
空气电池的循环制氢方法的步骤示意图；
29.图2是本发明一种实施例提供的钠
‑
空气电池的结构示意图；
30.图3是本发明另一种实施例提供的钠
‑
空气电池的结构示意图；
31.图4是本发明第一种实施例提供的基于钠
‑
空气电池的循环制氢方法的循环曲线图；
32.图5是图4所示的基于钠
‑
空气电池的循环制氢方法的循环前后电池负极表面对比图；
33.图6是本发明第二种实施例提供的基于钠
‑
空气电池的循环制氢方法的的电池充放电曲线图；
34.图7是本发明第三种实施例提供的基于钠
‑
空气电池的循环制氢方法的的电池充放电曲线图；
35.图8是本发明第四种实施例的基于钠
‑
空气电池的循环制氢方法的的循环曲线图；
36.图9是本发明第五种实施例的基于钠
‑
空气电池的循环制氢方法的的循环曲线图；
37.图10是本发明实施例的基于钠
‑
空气电池的循环制氢装置的结构示意图。
具体实施方式
38.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
39.在本技术中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本技术及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。
40.并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本技术中的具体含义。
41.此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
42.此外，术语“第一”、“第二”等主要是用于区分不同的装置、元件或组成部分(具体的种类和构造可能相同也可能不同)，并非用于表明或暗示所指示装置、元件或组成部分的相对重要性和数量。除非另有说明，“多个”的含义为两个或两个以上。
43.请参阅图1，图1是本发明实施例的基于钠
‑
空气电池的循环制氢方法的步骤示意图。本发明提供的一种基于钠
‑
空气电池的循环制氢方法包括以下步骤：
44.步骤s1：将金属钠与水进行反应，获得氢气和氢氧化钠溶液。
45.步骤s1中，金属钠与水发生反应后可以生成氢气和氢氧化钠溶液，其反应方程式如下：
46.2na 2h2o＝2oh
‑
h2 2na

，
△
h＝
‑
142.19kj/mol，t＝298k
47.其中，
△
h为焓变，t为温度。通过上述金属钠与水的反应，可以得到纯度为百分之百的氢气，并且，上述反应为放热反应，可以理解，在一些实施例中，上述金属钠与水反应释放的大量热量可以通过回收进行利用。
48.步骤s1中将所述金属钠与水进行反应，获得氢气和所述氢氧化钠溶液，还包括以下步骤：
49.步骤s11：将所述金属钠与水进行反应，获得混合气体，所述混合气体包括所述氢气和水蒸汽。
50.步骤s12：将所述混合气体进行冷凝，获得所述氢气和所述水。
51.可以理解，金属钠与水的反应产生高温氢气和水蒸汽的混合气体，通过将所述混合气体中的所述水蒸汽进行冷凝可以获得液态水，液态水可以重新作为原料进行制氢，冷凝之后即可得到纯度为百分之百的氢气，同时，两种产物分别是气态和液态，不会互溶，便于分离，提升制氢的产量和纯度。
52.步骤s2：提供钠
‑
空气电池。
53.在步骤s2中，所述钠
‑
空气电池包括正极壳体、位于正极壳体中的正极和正极电解液、固体电解质、负极壳体及位于负极壳体中的负极，所述固体电解质位于所述正极壳体和所述负极壳体之间，所述正极电解液为氢氧化钠溶液。
54.其中，所述固体电解质为nasicon(na3zr2si2po
12
)结构快离子导体或β
‑
al2o3快离子导体。通过使用nasicon(na3zr2si2po
12
)结构快离子导体或β
‑
al2o3快离子导体可以提高对钠离子的传导，有助于提升提取金属钠的纯度。
55.在一种实施例中，所述固体电解质为nasicon(na3zr2si2po
12
)结构快离子导体。nasicon(na3zr2si2po
12
)结构快离子导体为钠离子导体，是具有钠离子迁移特性的化合物，具有传导钠离子的作用。
56.请参阅图2，图2是本发明一种实施例提供的钠
‑
空气电池的结构示意图。在一些实施例中，所述钠
‑
空气电池还包括位于负极壳体中的负极导电介质，所述负极导电介质用于填充导电。通过设置所述负极导电介质可以有助于所述正极电解质中的钠离子获得电子还原为金属钠，提升金属钠的还原率。可以理解，所述负极导电介质与所述固体电解质接触，便于传导所述正极电解液中经过所述固体电解质到达所述负极壳体中的钠离子。
57.其中，所述负极导电介质为泡沫镍。泡沫金属是指含有泡沫气孔的特种金属材料，泡沫金属拥有密度小、隔热性能好、隔音性能好以及能够吸收电磁波等一系列良好优点，泡沫镍由于有连通的气孔结构和高的气孔率，因此具有高通气性、高比表面积和毛细力的优点，用于电池电极板具有高导电性。通过将泡沫镍作为所述负极导电介质，可以提高所述钠
‑
空气电池的导电性。
58.请参阅图3，图3是本发明另一种实施例提供的钠
‑
空气电池的结构示意图。在另一
些实施例中，所述钠
‑
空气电池还可以包括位于负极壳体中的负极电解液，所述负极电解液用于填充导电。通过设置所述负极电解液可以有助于所述正极电解质中的钠离子获得电子还原为金属钠，提升金属钠的还原率。可以理解，所述负极电解液设于所述固体电解质、所述负极导电介质之间，与所述固体电解质、所述负极导电介质接触，便于与所述负极导电介质一起共同传导所述正极电解液中经过所述固体电解质到达所述负极壳体中的钠离子。
59.步骤s3：将所述氢氧化钠溶液注入所述钠
‑
空气电池的所述正极壳体中作为所述正极电解液。
60.可以理解，上述制氢反应中生成的所述氢氧化钠溶液可以作为所述钠
‑
空气电池的所述正极电解液再次参与步骤s4中的还原反应，对金属钠进行回收利用。
61.步骤s4：对所述钠
‑
空气电池进行充电，使得所述正极电解液中的钠离子经过所述固体电解质至所述负极壳体中并接收电子还原成金属钠。
62.具体地，在常温条件下，对所述钠
‑
空气电池进行充电，所述钠
‑
空气电池在充电过程中发生还原反应，所述正极电解液中的钠离子通过所述固体电解质至所述负极壳体，在所述负极壳体中并接收电子还原成金属钠，所述正极电解液中的氢氧离子通过和所述钠
‑
空气电池正极的氧结合生成水和氧气，其还原方程式如下：
63.4na

4oh
‑
＝o2 4na 2h2o
64.还原反应产生的氧气可以作为副产物收集利用，上述还原产物中的所述金属钠纯度在80％
‑
100％，所述水为去离子水或蒸馏水。
65.相较于现有技术，本发明实施例的基于钠
‑
空气电池的循环制氢方法中，将金属钠与水进行反应，产生纯度接近百分之百的氢气和高浓度的氢氧化钠溶液，同时，将制氢产生的所述氢氧化钠溶液注入所述钠
‑
空气电池作为所述正极电解液，通过对钠
‑
空气电池进行充电，将所述正极电解液中的钠离子经过所述固体电解质在所述负极壳体中并接收电子还原成金属钠，实现金属钠的循环利用，整个反应过程简单，所述钠
‑
空气电池的充电还原反应在常温下就可以进行，反应产物只有氢气和氢氧化钠溶液两种产物，其中气体产物氢气的纯度能够达到百分之百，产品纯度高、产率高、无任何废弃物产生，提高了原材料的利用率和产品的产出率，同时，在制取氢气和还原氢氧化钠溶液的过程中，没有废气、废水及废渣的产生，实现了绿色制氢。
66.实施例一：
67.如图4、图5所示，图4是本发明第一种实施例提供的基于钠
‑
空气电池的循环制氢方法的循环曲线图，图5是图4所示的基于钠
‑
空气电池的循环制氢方法的充电前后电池负极表面对比图。本实施例中，所述固体电解质为nasicon(na3zr2si2po
12
)结构快离子导体。其中，所述钠
‑
空气电池中nasicon固体电解质厚度为1mm，直径为16mm，所述负极导电介质利用泡沫镍填充导电，泡沫镍的厚度为1mm。
68.本实施例以1mol/l氢氧化钠溶液为所述正极电解液，所述负极没有放置金属钠。在恒温30℃条件下对所述钠
‑
空气电池进行恒电流充放电，其中电流密度为1ma/cm2。所述钠
‑
空气电池的充放电如图4所示，所述钠
‑
空气电池在负极没有金属钠时进行充电，在充电完成时进行放电，所述钠
‑
空气电池可以正常工作。通过对所述钠
‑
空气电池充电前和所述充电后负极导电介质的对比图可以发现，如图5所示，在泡沫镍上有大量的金属钠，证明1mol/l的氢氧化钠溶液作为钠
‑
空气电池正极电解液时，对所述钠
‑
空气电池进行恒电流充
电时可以产生金属钠。
69.实施例二：
70.如图6所示，图6是本发明第二种实施例提供的基于钠
‑
空气电池的循环制氢方法的的电池充放电曲线图。本实施例中，所述固体电解质为nasicon(na3zr2si2po
12
)结构快离子导体。其中，所述钠
‑
空气电池中nasicon固体电解质厚度为1mm，直径为16mm，负极导电介质利用泡沫镍填充导电，泡沫镍的厚度为1mm。
71.本实施例以饱和氢氧化钠溶液为正极电解液，负极没有放置金属钠。在恒温30℃条件下对所述钠
‑
空气电池进行恒电流充放电，其中电流密度为0.5ma/cm2。所述钠
‑
空气电池的充放电曲线如图6所示，所述钠
‑
空气电池在负极没有金属钠时进行充电，在充电完成时进行放电，所述钠
‑
空气电池可以正常工作。证明饱和氢氧化钠溶液作为所述钠
‑
空气电池正极电解液时，对所述钠
‑
空气电池进行恒电流充电时可以产生金属钠。
72.实施例三：
73.如图7所示，图7是本发明第三种实施例提供的基于钠
‑
空气电池的循环制氢方法的电池充放电曲线图。本实施例中，所述固体电解质为nasicon(na3zr2si2po
12
)结构快离子导体。其中，所述钠
‑
空气电池中nasicon固体电解质厚度为1mm，直径为16mm，负极导电介质利用泡沫镍填充导电，泡沫镍的厚度为1mm。
74.本实施例以饱和氢氧化钠溶液为正极电解液，负极没有放置金属钠。在恒温30℃条件下对所述钠
‑
空气电池进行恒电流充放电，其中电流密度为1ma/cm2。所述钠
‑
空气电池的充放电曲线如图7所示，所述钠
‑
空气电池在负极没有金属钠时进行充电，在充电完成时进行放电，所述钠
‑
空气电池可以正常工作。证明饱和氢氧化钠溶液作为钠
‑
空气电池正极电解液时，对所述钠
‑
空气电池进行恒电流充电时可以产生金属钠。
75.实施例四：
76.如图8所示，图8是本发明第四种实施例的基于钠
‑
空气电池的循环制氢方法的循环曲线图。本实施例中，所述固体电解质为nasicon(na3zr2si2po
12
)结构快离子导体。其中，所述钠
‑
空气电池中nasicon固体电解质厚度为1mm，直径为16mm，负极导电介质利用泡沫镍填充导电，泡沫镍的厚度为1mm。
77.本实施例以4mol/l氢氧化钠溶液为正极电解液，负极没有放置金属钠。在恒温30℃条件下对所述钠
‑
空气电池进行恒电流充放电，其中电流密度为0.5ma/cm2。所述钠
‑
空气电池的充放电曲线如图8所示，所述钠
‑
空气电池在负极没有金属钠时进行充电，在充电完成时进行放电，所述钠
‑
空气电池可以正常工作。证明4mol/l氢氧化钠溶液作为钠
‑
空气电池正极电解液时，对所述钠
‑
空气电池进行恒电流充电时可以产生金属钠。
78.实施例五：
79.如图9所示，图9是本发明第五种实施例的基于钠
‑
空气电池的循环制氢方法的的循环曲线图。本实施例中，所述固体电解质为nasicon(na3zr2si2po
12
)结构快离子导体。其中，所述钠
‑
空气电池中nasicon固体电解质厚度为1mm，直径为16mm，负极导电介质利用泡沫镍填充导电，泡沫镍的厚度为1mm。
80.本实施例以4mol/l氢氧化钠溶液为正极电解液，负极没有放置金属钠。在恒温30℃条件下对所述钠
‑
空气电池进行恒电流充放电，其中电流密度为1ma/cm2。钠
‑
空气电池的充放电曲线如图9所示，所述钠
‑
空气电池在负极没有金属钠时进行充电，在充电完成时进
行放电，所述钠
‑
空气电池可以正常工作。证明4mol/l氢氧化钠溶液作为钠
‑
空气电池正极电解液时，对所述钠
‑
空气电池进行恒电流充电时可以产生金属钠。
81.请参阅图10，图10是本发明实施例的基于钠
‑
空气电池的循环制氢装置10的结构示意图。本发明还提供一种基于钠
‑
空气电池的循环制氢装置10，所述基于钠
‑
空气电池的循环制氢装置10包括产氢反应罐3，钠
‑
空气电池9，所述钠
‑
空气电池9包括正极壳体、位于正极壳体中的正极和正极电解液、固体电解质、负极壳体及位于负极壳体中的负极，所述固体电解质位于所述正极壳体和所述负极壳体之间，所述正极电解液为氢氧化钠溶液，所述钠
‑
空气电池9的安装高度低于所述产氢反应罐3底部，所述钠
‑
空气电池9用于所述负极壳体中获得充电时因接收电子从所述正极电解液中的钠离子经过所述固体电解质还原成的金属钠；所述产氢反应罐3用于容置所述金属钠与水进行反应，获得氢气和氢氧化钠溶液，所述氢氧化钠溶液用于作为所述钠
‑
空气电池的所述正极电解液。
82.本发明实施例的基于钠
‑
空气电池的循环制氢装置10中，将金属钠与水置于所述产氢反应罐3进行反应，便于收集纯度接近百分之百的氢气和高浓度的氢氧化钠溶液，同时，将制氢产生的所述氢氧化钠溶液注入所述钠
‑
空气电池作为所述正极电解液，通过对钠
‑
空气电池9进行充电，将所述正极电解液中的钠离子经过所述固体电解质在所述负极壳体中并接收电子还原成金属钠，实现金属钠的循环利用，整个反应过程简单，所述钠
‑
空气电池的充电还原反应在常温下就可以进行，反应产物只有氢气和氢氧化钠溶液两种产物，其中气体产物氢气的纯度能够达到百分之百，产品纯度高、产率高、无任何废弃物产生，提高了原材料的利用率和产品的产出率，同时，所述基于钠
‑
空气电池的循环制氢装置10设备简单，可以降低生产成本，在制取氢气和还原氢氧化钠溶液的过程中，没有废气、废水及废渣的产生，实现了绿色制氢。
83.进一步地，所述基于钠
‑
空气电池的循环制氢装置10还包括气体产物冷凝器1，所述气体产物冷凝器1连接于所述产氢反应罐3顶部，用于将所述产氢反应罐3中反应产生的所述氢气和水蒸汽的混合气体进行冷凝从中获得所述氢气和所述水蒸汽冷凝后的所述水。通过气体产物冷凝器1将金属钠与水反应产生的混合气体进行收集、冷凝，分离混合气体中的氢气和水，可以快速分离氢气和水蒸汽，同时，两种产物分别是气态和液态，不会互溶，便于分离，提升制氢的产量和纯度。
84.进一步地，所述基于钠
‑
空气电池的循环制氢装置10还包括气体产物截止阀2、原料钠进料截止阀6、原料水进料截止阀7、液体产物截止阀8，所述原料钠进料截止阀6用于控制所述金属钠投放到所述产氢反应罐3中的投放量，所述原料水进料截止阀7用于控制所述水投放到所述产氢反应罐3中的投放量，所述液体产物截止阀8为控制所述氢氧化钠溶液注入所述钠
‑
空气电池9的控制开关，所述气体产物截止阀2为控制所述混合气体进入所述气体产物冷凝器1的开关，所述原料钠进料截止阀6安装于所述产氢反应罐3右侧，从所述产氢反应罐3顶部向下1/3处，所述原料水进料截止阀7安装于所述产氢反应罐3右侧，从所述产氢反应罐3顶部向下1/2处，所述钠
‑
空气电池9安装于所述产氢反应罐3右侧所述液体产物截止阀8安装于所述产氢反应罐3与所述钠
‑
空气电池9之间，所述气体产物截止阀2安装于所述气体产物冷凝器1与所述产氢反应罐3之间。通过所述原料钠进料截止阀6控制所述金属钠投放量，所述原料水进料截止阀7控制所述水的投放量，所述液体产物截止阀8控制所述氢氧化钠溶液注入所述钠
‑
空气电池9，所述气体产物截止阀2控制所述混合气体进入所
述气体产物冷凝器1，可以精确控制制氢过程中各个环节的原料的投放量，更加精准的控制制氢反应和还原反应，提升制氢的产量和纯度，提升原料的利用率。
85.进一步地，所述基于钠
‑
空气电池的循环制氢装置10还包括换热器4，余热锅炉5，所述换热器4在所述产氢反应罐3内部，并安装于所述产氢反应罐底3部，所述余热锅炉5安装于所述产氢反应罐3左侧，连接于所述换热器4，所述产氢反应罐3中反应产生的热量由所述换热器4收集后所述余热锅炉5进行回收利用。通过所述换热器4和所述余热锅炉5可以对金属钠与水反应释放大量的热量进行回收利用，符合绿色生产理念，对环境友好。
86.可以理解，在使用所述基于钠
‑
空气电池的循环制氢装置10制氢时，可以采用上述实施例中的基于钠
‑
空气电池的循环制氢方法进行制氢。首先，打开所述原料水进料截止阀7，将原料中的水灌入产氢反应罐3中，当水加入到产氢反应罐3底部向上1/3处时，关闭原料水进料截止阀7；然后打开气体产物截止阀2，开启气体产物冷凝器1，同时打开原料钠进料截止阀6，将钠
‑
空气电池9中还原的金属钠定量、缓慢投入产氢反应罐3中，并关闭原料钠进料截止阀6。产生的氢气与水蒸汽的混合气通过气体产物冷凝器1将水蒸汽冷凝下来，气体产物产出纯度为百分之百氢气。产氢反应罐3中产生的热量由换热器4收集并有余热锅炉5进行回收利用；在产氢反应罐3中的钠反应完全时，关闭气体产物截止阀2；最后，打开液体产物截止阀8，将产氢反应罐3中的液体产物氢氧化钠溶液加入到钠
‑
空气电池9正极，同时给钠
‑
空气电池9充电，在充电的过程中保持钠
‑
空气电池9正极的氢氧化钠溶液流动，让溶液有一个稳定的浓度，在充电时金属钠在钠
‑
空气电池9的负极富集，富集的钠又可以作为产氢的原料加入到产氢反应罐3中，产生的氧气可以收集作为副产品，而充电完成的留下的溶液也可以继续作为原料加入到产氢反应罐3中。
87.以上对本技术实施例公开的实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本技术的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本技术的实施例及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本技术的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本技术的限制。