电解锌氨溶液制氮气氢气的储能方法与流程
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2025-04-06
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电解锌氨溶液制氮气氢气的储能方法与流程
1.本发明涉及氢储能技术领域，具体地说涉及一种电解锌氨溶液制氮气氢气的
储能方法。
背景技术：
2.近年来，风电、光伏发电等新能源快速发展，大量波动性电源并网对电力系
统的大规模存储提出挑战。电解水制氢是大规模风光绿电储能的可选方案之一，
目前的电解水制氢技术主要分为碱水制氢(awe)、质子交换膜纯水电解制氢
(pem)、固体聚合物阴离子交换膜水电解(aem)、固体氧化物水电解(soe)4 类。
3.质子交换膜制氢(pem)具有气体纯度高、质子膜传导能力优异的优势，但电解
过程中的阳极腐蚀问题、高活性耐腐蚀的催化剂制备问题及 pem 膜价格高等问
题，限制了 pem 电解技术的推广。
4.固体聚合物阴离子交换膜水电解(aem)属于固体聚合物电解质水电解的一个分
支，该技术的核心是开发出耐碱稳定性好、氢氧根传导优异、机械强度高并满
足经济性要求的阴离子交换膜，该技术尚处在示范研究阶段。
5.固体氧化物水电解(soe)技术适用于大规模储能电站，但该技术存在工作温度
高(》＝800 )℃、起停不便问题，与绿电的随机性贴合度不高。
6.碱水电解(awe)是产业化发展时间最长、现阶段技术最为成熟的电解制氢技术，
其以氢氧化钾(koh)水溶液为电解质，以石棉膜为隔膜，通电将水分子进行电解
得到氢气和氧气。碱水电解槽是碱水电解技术所需的核心装备，主要由槽体、
阳极、阴极、隔膜等组成。但是碱水制氢存在以下问题：1、碱水制氢无需贵金
属做催化剂，电解槽设备成熟，但该技术必须时刻保持电解池的阳极和阴极两
侧压力均衡，风光发电电流波动较大，容易造成交换膜两侧气体压力不均衡，
致使氢氧气体穿过交换膜混合，进而引起爆炸；2、碱性电解槽的内部温度需要
达到 70-90℃才能进行电解水制氢，因此在启动之前需要先升温，难以实现快
速启停，制氢速度难以快速调节，因此不适合风光等波动性绿电；3、碱性电解
质(如koh)会与空气中的 co2 反应，形成不溶于水的碳酸盐，进而阻塞多孔催化
层，阻碍产物和反应物的传质，大大降低电解槽的性能。
技术实现要素：
7.本发明的目的在于提供一种与绿电随机性、波动性高度贴合的电解锌氨溶液
制氮气氢气的储能方法。
8.本发明由如下技术方案实施：电解锌氨溶液制氮气氢气的储能方法，其包括
以下步骤：
9.s1：电解锌氨溶液制氮气
10.利用风光绿电电解锌氨溶液生成氮气，并析出锌单质；
11.s2：制氢气
12.将s1 得到的锌单质与氨水混合，得到氢气后进行存储。
13.进一步的，s1 的具体过程为：
14.s1-1：将锌氨溶液作为电解液加入到锌电解槽中；
15.s1-2：风光绿电经 dc/dc 变换器接入锌电解槽的供电线路，风光绿电功率大
于锌电解槽启动功率，即可启动锌电解槽，对电解液进行电解析出锌单质，电
解产生的氮气和氨气的混合气从锌电解槽的顶部排气口排出；
16.s1-3:电解过程中，当排气口没有气体排出，则切断风光绿电的输入，电解
锌氨溶液制氮气过程结束。
17.进一步的，s1-2 的过程中，监测锌电解槽内电解液的 ph 值，当ph 值大于
10，则将锌电解槽内的电解液抽出，同时补入锌氨溶液。
18.进一步的，s1-2 的过程中，锌电解槽排出的混合气先送入水洗罐除氨后获得
氮气，经过水洗罐排出的氮气存储至氮气储罐；水洗罐内的水吸收氨气后以氨
水为主，可用作 s2 所需的氨水。
19.进一步的，s1 过程中，控制锌电解槽内电解液的温度维持在 40-50℃。
20.进一步的，s1-2 的过程中，实时监测锌电解槽的输入电流，计算出锌电解槽
的实时电流密度，若实时电流密度低于锌电解槽的额定电流密度的下限，则切
断风光绿电的接入；若实时电流密度高于锌电解槽的额定电流密度的上限，则
将超出电流并入至多个锌电解槽。
21.进一步的，s1 的过程中，锌电解槽排出的溶液以及储能结束后锌电解槽内
剩余的溶液均以氨水为主，可用作 s2 所需的氨水。
22.进一步的，s2 的具体过程为：
23.s2-1：将 s1 析出的锌单质置于反应槽中，并加入氨水，氨水和锌单质在常
温下反应释放出氢气；
24.s2-2：将 s2-1 排出的氢气先送入水洗罐除氨、脱水后，存储至氢气储罐；
25.s2-3：待反应槽内的锌全部溶解，则制氢气过程结束。
26.进一步的，s2-1 的过程中，监测反应槽内电解液的 ph 值，当ph 值小于8，
则将反应槽内的电解液抽出，同时补入氨水。
27.进一步的，s2 的过程中，反应槽排出的溶液以及释能结束后反应槽内剩余
的溶液均是以锌氨溶液为主，用作 s1 所需的锌氨溶液。
28.本发明的优点：
29.(1)电解锌氨溶液制氢气储能方法，包括电解锌氨溶液制氮气和制氢气两部
分，制氮气过程为电解锌氨溶液析出锌单质和氮气，电解过程中不会产生氢气
和氧气等易爆气体，且产生的气体直接排出槽体，不存在压力不均衡的问题，
从根本上杜绝了风光绿电波动引起的爆炸问题，因此，本方法可与风光绿电的
波动性贴合，具备更高的适用性，且安全性较高；
30.(2)电解锌氨溶液制氮气和制氢气均在常温常压下即可实施，与绿电随机性、
波动性高度贴合，能够实现快速启停，满足绿电储能的需要；
31.(3)整个过程不涉及强酸/强碱溶液，设备造价低，寿命长，过程无需催化剂，
仅需定期补充液氨即可，运行维护简单经济；
32.(4)绿电能量以氮气、固态锌形式存储，具有存储条件简单、危险性小等优
点，解决了氢存储难题；
33.(5)方案使用的锌金属，储量大，价格低，具备开展大规模绿电储能制氢的
资源条件；且反应过程中析出的锌单质和释放的氨气均可重复使用，原材料成
本低。
摘要：
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电解锌氨溶液制氮气氢气的储能方法与流程1.本发明涉及氢储能技术领域，具体地说涉及一种电解锌氨溶液制氮气氢气的储能方法。背景技术：2.近年来，风电、光伏发电等新能源快速发展，大量波动性电源并网对电力系统的大规模存储提出挑战。电解水制氢是大规模风光绿电储能的可选方案之一，目前的电解水制氢技术主要分为碱水制氢(awe)、质子交换膜纯水电解制氢(pem)、固体聚合物阴离子交换膜水电解(aem)、固体氧化物水电解(soe)4。3.质子交换膜制氢(pem)具有气体纯度高、质子膜传导能力优异的优势，但电解过程中的阳极腐蚀问题、高活性耐腐蚀的催化剂制备问题及pem膜价格高等问题，限制了pem电解技术的推广。4...
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