離子膜催化法在燃料電池和離子膜燒鹼領域的應用的製作方法

2023-05-21 18:34:16

本發明涉及一種根據近期新發現的離子交換膜催化法水制氫的原理和在不需要氫氣等任何其它燃料的前提下，用於製備所謂的直接水燃料電池(即以水直接為燃料和以氧氣或空氣為氧化劑的燃料電池)的方法及用途；本發明還涉及一種根據這一離子膜催化法的原理和在不輸入電能等任何能量以及不消耗任何添加劑的前提下，利用氯化鈉或硫酸鈉或它們的鉀鹽為原料製備氫氧化鈉或氫氧化鉀的方法及用途，本發明的方法對於從根本上解決傳統的氫燃料電池的氫源及運營成本過高的難題、以及大幅度地降低傳統的離子膜法生產燒鹼的直流電耗具有重大的應用價值。

二、

背景技術：

迄今為止，還未搜索到與本發明相關的文獻和資料的報導，唯一的背景技術是本發明人在近期由於發現了離子交換膜的催化功能從而構建了一個用離子交換膜作為催化劑的新反應模式(即所謂的離子膜催化法)，請參閱題名為《離子膜催化法或電滲析催化法水制氫及其應用》的發明專利，其核心內容就是在不輸入電能等任何能量以及不消耗任何 添加劑的前提下利用水為原料製備氫氣和氧氣，由此為徹底解決氫燃料電池的氫源及運營成本的瓶頸問題奠定了堅實的基礎，也為大幅度地降低傳統的離子膜法生產燒鹼的直流電耗奠定了基礎，所謂的「離子膜催化法」的基本原理敘述如下：

離子交換膜不僅具有選擇性地滲析透過離子的功能，而且還具有將一切選擇性地滲析透過的離子轉化為相應的自由基或自由基離子的功能，或者說具有將低能量的水合離子轉化為超高能量的自由基或自由基離子的功能——一種離子交換膜的催化新功能。這裡的「滲析透過」意指為依靠電位差或依靠濃度差或依靠壓力差或它們的合力為推動力的滲析透過，這就意味著離子交換膜的新功能可將濃度差或壓力差或位差等能量、尤其是可將水合離子的內能裂變為超級的自由基能，這就為大幅度地降低電解水制氫或電解法制鹼等電解反應的直流電耗奠定了堅實的基礎，在此，舉本實施例1具體說明：當陰極室的氫氧化鉀水溶液中的氫氧根離子滲析透過陰離子交換膜而鉀離子不能滲析透過的時侯，此一刻不論在陰極室還是在陽極室，氫氧根離子的摩爾數與鉀離子的摩爾數不可能相等，故此一刻不論是陰極室溶液還是陽極室溶液的電荷數都不能夠守恆，為了滿足溶液的電荷守恆定律或溶液的電中性，由此就積蓄著一種超級的必須將水合氫氧根離子和水合鉀離子裂變為電中性 的自由基離子的趨勢，由這種趨勢引發水合離子的量子躍遷，從而將過剩的氫氧根離子和過剩的鉀離子裂變為電中性的羥基自由基和鉀自由基或者它們的自由基離子，由自由基化學的原理可知，自由基為超級能量的粒子，故在陽極室的羥基自由基十分容易通過二聚反應生成新生態的過氧化氫進一步轉化為氧氣和水，同時在陰極室的鉀自由基十分容易通過聚合反應生成新生態的鉀單質後迅即與水反應生成氫氧化鉀和氫自由基或氫自由基正離子，接著這個氫自由基又迅即與加入的氧氣或空氣發生燃料電池型的反應從而輸出電流，如此通過離子交換膜的選擇性就將氫氧化鉀的濃度差和壓力差的能量以及氫氧化鉀和水的內能轉化為電能，表觀上看上去就類似於一種直接水燃料電池(即以水為直接的燃料同時以氧氣或空氣為氧化劑的燃料電池)的性能；同樣的道理，若將該原理應用於離子膜燒鹼領域，就可以在不通入直流電而僅僅依靠擴散滲析和壓差滲析的前提下，將由擴散滲析透過陽離子交換膜的氯化鈉之水合鈉離子裂變為鈉自由基或鈉自由基離子後，迅即與在陰極室的水反應生成氫氧化鈉和氫自由基或氫自由基離子，接著又迅即轉化為氫氣，同時將留在陽極室的水溶液中過剩的水合氯離子自發地裂變為氯自由基或氯自由基離子，再通過進一步的自由基反應轉化為氯氣和鹽酸和次氯酸的混合物，這正是不通入直流電(直流電耗為零)也可以利用氯 化鈉為原料製備燒鹼和氫氣的原理，也正是採用本方法能夠大幅度地降低離子膜法生產燒鹼的直流電耗的原理，而且，該原理還表明，採用本發明的擴散滲析法製備燒鹼，若同時在陰極室加入氧氣或空氣，可構成燃料電池型反應器，不但不需要外加直流電，還可以在製備燒鹼的同時輸出直流電，或者說，本方法具有既生產燒鹼產品同時又聯產電能的可行性，這是因為本方法通過裂變產生自由基的方式可以做到儘可能地利用了氯化鈉和水的內能。(註：這裡之所以使用「裂變」的文字，是因為本發明人初步研究本方法的機理後，認為水合鉀離子或水合鈉離子轉化為自由基或自由基離子主要是經過量子躍遷的通道，主要符合量子躍遷的模式，這與原子的核裂變有些類似)。

另外，業內人士眾所周知，氫燃料電池對於氫動力汽車、對於燃料電池電站、尤其對於人類的能源革命具有特別重大的意義，但是長期以來，氫氣的來源及其使用成本一直是氫燃料電池是否能夠普及應用的一個致命的瓶頸，而傳統的電解水制氫的電耗又太高，在業內有「用三度電制一度電氫氣」的說法，所以，顯而易見，本發明的所謂的直接水燃料電池，為徹底解決這一致命的瓶頸提供了一種全新的途徑，由下述實施例1可知，只需要對傳統的鹼性燃料電池稍作改進，補充安裝性能優良的陰離子交換膜，即使是在陽極室不輸入氫氣等一切其它的燃料的前 提下也能發電，如果再輸入氫氣等燃料則可大幅度地提高傳統的氫燃料電池的輸出功率密度。本申請人曾發明了「過程1」的化學實例(祥見上述題名的發明專利的P11頁)，由「過程1」可知，利用二氧化碳廢氣和水合成有機物的反應可放出餘熱，如此估算，「過程1」製備有機物鹼水混合物不需要從外部輸入反應所需的任何能量，但該有機物鹼水混合物中含氫氧化鉀40-50％，含多元醇10-20％，而將多元醇與氫氧化鉀通過蒸餾分離比較困難，能耗高，雖說用電滲析法分離較合適，但節能降耗仍不理想，所以，需要與本直接水燃料電池的技術結合起來，才可以使二氧化碳廢氣循環燃燒發電的產業化開發成為現實。由下述實施例3可知，將本發明的直接水燃料電池改進為鹼性直接甲醇燃料電池的類型，如此就可以將上述「過程1」合成的有機物鹼水混合物作為一種直接的燃料用於燃料電池的發電，醇類燃料轉化為二氧化碳廢氣或碳酸鹽和水，二氧化碳廢氣或碳酸鹽和水又通過上述「過程1」的過程轉化為醇類燃料，由此可以省略多元醇與氫氧化鉀通過蒸餾分離的一步過程，進一步降低了能量消耗，從而為真正實現二氧化碳廢氣循環燃燒發電的商業化開發奠定了堅實的基礎。

三、

技術實現要素：

本發明的目的之一是提供一種以水為直接的燃料和以氧氣或空氣 為氧化劑的燃料電池發電的方法，其特徵為用鹼性陰離子交換膜或陽離子交換膜與氫氧化鉀或氫氧化鈉或氫氧化鋰或氫氧化銨等水溶性的氫氧化物組合成為燃料電池的催化體系，可在不消耗任何試劑和不從外部輸入任何能量的前提下，使水成為一種直接的燃料用於燃料電池發電；通過將陽極室溶液中的氫氧根離子轉化為羥基自由基或羥基自由基負離子的途徑製備氧氣或雙氧水，同時通過將陰極室溶液中的鉀離子或鈉離子或鋰離子或銨離子等轉化為鉀自由基或鈉自由基或鋰自由基或銨自由基或它們的自由基離子的途徑，與水反應生成氫氧化鉀或氫氧化鈉或氫氧化鋰或氫氧化銨和氫自由基或氫自由基離子，進一步與在陰極室加入的氧氣或空氣反應產生電流，產生的電流量與滲析透過陰離子交換膜的氫氧根離子的摩爾數成直線關係，或者與滲析透過陽離子交換膜的鉀離子或鈉離子或鋰離子或銨離子的摩爾數成直線關係，由離子交換膜面積和其離子膜傳導率性能所決定，故作為催化劑的離子交換膜是本直接水燃料電池的核心部件，離子交換膜的性能決定了直接水燃料電池的發電量。

1、以水為直接的燃料和以氧氣或空氣為氧化劑的燃料電池發電的方法，包括以下次序的幾個步驟：

選用普通的氫燃料電池的設備，用陰離子交換膜或陽離子交換膜 將該設備分隔為陽極室和陰極室2個小室，選用空氣擴散電極或不鏽鋼或鐵或鎳為陰極電極，選用活性碳或石墨或銅或不鏽鋼為陽極電極，其它設備條件基本不變；在陰極室或陽極室加入計算量的30-50％的氫氧化鉀或氫氧化鈉或氫氧化鋰或氫氧化銨水溶液，在陽極室或陰極室加入計算量的去離子水，或加入計算量的5-10％的氫氧化鉀或氫氧化鈉水溶液，用泵或攪拌分別驅動2個小室的溶液循環流動，在陰極室加入計算量的氧氣或空氣，具體操作條件基本仿照傳統的鹼性燃料電池的操作條件，過程中注意在陰極室補充水和不斷地收集從陽極室溢出的氧氣，最後計算其輸出的功率密度；或者也可以不收集從陽極室溢出的氧氣，而是在陰極室加入氧氣或空氣的同時在陽極室加入氫氣或加入醇類有機物或加入一切其它的燃料，最後計算其輸出的功率密度。

本發明的目的之二是提供一種在不通入直流電的前提下也能夠利用氯化鈉或硫酸鈉或它們的鉀鹽為原料製備氫氧化鈉或氫氧氧化鉀的方法，其特徵是把陽離子交換膜或陰離子交換膜作為一種催化劑的用途，單電解槽的槽電壓為0-2V；不通直流電而單純利用離子濃度差和壓力差為推動力，如果通直流電，那也是利用電位差和濃度差和壓力差三種推動力的合力，與傳統的離子膜燒鹼法的原理有本質的不同，本方法以離子交換膜為催化劑，不存在氯化鈉電極反應所必需的最低理論分解電 壓的問題，其既使在槽電壓為零時也可以製備氫氧化鈉產品和氫氣產品，若為提高產量需要通入直流電，則可選擇電滲析海水淡化的工藝條件，輸入的直流電壓只需作為離子遷移的推動力而並非作為氯化鈉之電解反應所需的力，由此為大幅度降低離子膜燒鹼法的直流電耗提供了一種全新的途徑；從而既能夠滿足實際生產量的需求同時又能夠滿足大幅度地降低生產燒鹼的能量消耗的要求，其利用氯化鈉為原料又不通入直流電也能夠製備燒鹼的原理如下所述：

在不通入直流電而且陰極室為純水以及陽極室為濃氯化鈉溶液的情況下，陽極室氯化鈉中的鈉離子在濃度差的驅動下滲析透過陽離子交換膜進入陰極室，而這時氯化鈉中的氯離子卻被陽離子交換膜攔截不能滲析透過膜仍留在陽極室，由此造成了陽極室的氯離子過剩，同時陰極室的純水中出現了多餘的鈉離子，造成了陰極室的鈉離子過剩，如此就很明顯：在這一刻，整個電解槽系統的溶液的電中性已被擾亂，溶液中的電荷已不守恆，導致整個系統的溶液在這一刻處於一種極不平穩的激發態，所以，為了滿足溶液的電荷守恆定律或電中性，此刻陰極室中過剩的鈉離子必然轉化成為電中性的鈉自由基(或鈉自由基正離子)，其自發地與水反應生成氫氧化鈉和氫自由基(或氫自由基正離子)進一步轉化為氫氣，從而由此達到陰極室溶液的電中性平衡，也就達到了陰極室 溶液的電荷守恆；同樣的道理，此刻陽極室中過剩的氯離子必然轉化為電中性的氯自由基(或氯自由基負離子)，其自發地與水反應和自身二聚反應生成酸和氯氣，從而由此達到陽極室溶液的電中性或電荷守恆，如此就產生了一個顯而易見的現象：過程中陽極室的酸度不斷地增加，同時陰極室的鹼度也不斷地增加，只要跟蹤分析測試陽極室和陰極室中酸鹼度的變化情況，就可以肯定上述原理的可靠性；當達到擴散滲析的平衡狀態時，這種酸鹼度的變化隨即終止，這時為了提高生產率就需要通入直流電，依靠電位差作為離子滲析的推動力，繼續推動陽極室的鈉離子滲析透過陽離子交換膜進入陰極室，從而繼續將氯化鈉轉化為氫氧化鈉，直至達到預期的要求，但為了降低電耗，這時侯通入的直流電是為了電滲析遷移離子，需儘可能地避免氯化鈉電極反應的發生，所以必需在極限電流密度以下通入直流電，此與傳統的電解法制燒鹼的原理有本質的不同。

2、在不通入直流電或在極限電流密度下通入直流電的前提下，以氯化鈉或硫酸鈉或它們的鉀鹽為原料製備氫氧化鈉或氫氧化鉀的方法，包括以下次序的幾個步驟：

選用普通的離子膜燒鹼法所用的電解槽，其設備條件包括電極和離子膜基本不變，在陽極室加入計算量的濃氯化鈉或硫酸鈉或它們的鉀鹽 水溶液，在陰極室加入去離子水，如果在該電解槽中用陰離子交換膜代替陽離子交換膜，則需在陰極室加入計算量的濃氯化鈉或硫酸鈉或它們的鉀鹽水溶液，而在陽極室加入計算量的去離子水；用泵或攪拌分別驅動陰極室和陽極室的溶液循環流動，其它的工藝操作條件與傳統的離子膜燒鹼法基本相同，用化學法跟蹤分析陽極室的酸度和陰極室的鹼度，達到預期值時，開始通人直流電或間隙式地通入直流電，控制槽電壓為0-2V，控制溫度為10-60℃，不斷地收集從陰極室溢出的氫氣並計量，用化學法跟蹤分析陽極室或陰極室中氯化鈉或硫酸鈉或它們的鉀鹽等所加入的鹽的濃度，當鹽的含量達到預期值後停止反應，收集陰極室生成的氫氧化鈉或氫氧化鉀並計量，最後計算氫氧化鈉或氫氧化鉀的單位直流電耗。

或者在上述步驟的陰極室不斷地加入氧氣或空氣，其可與在陰極室生成的氫自由基(或氫自由基離子)反應產生電流和水，由此在利用鈉鹽或鉀鹽生產氫氧化鈉或氫氧化鉀的同時還可輸出直流電，利用該輸出的直流電可以進一步降低以氯化鈉為原料生產氫氧化鈉的直流電耗。

本發明的目的之三是提供一種二氧化碳廢氣或碳酸鹽循環燃燒發電的工藝路線，其特徵為用氫氧化鉀或氫氧化鈉吸收二氧化碳廢氣轉化為碳酸鉀或碳酸鈉，該碳酸鉀或碳酸鈉與水催化反應生成有機物聯產氫氧 化鉀或氫氧化鈉，用該生成的有機物通過燃料電池燃燒發電轉化為等當量的二氧化碳廢氣或碳酸氫鹽，又用該聯產的氫氧化鉀或氫氧化鈉將該二氧化碳廢氣或碳酸氫鹽轉化為碳酸鹽，再用該碳酸鹽與水反應生成有機物加入燃料電池燃燒發電，如此循環燃燒不斷地發電，將二氧化碳廢氣的吸收、轉化、應用三個過程融為一體，由此超大幅度地降低了其生產和運營的成本。

四、具體實施方案

實施例1、

選擇普通的鹼性燃料電池或離子膜燒鹼法的電解槽，用鹼性陰離子交換膜將該設備分隔為陽極室和陰極室2個小室，選用空氣擴散電極或不鏽鋼或鐵或鎳為陰極電極，選用活性碳或石墨或不鏽鋼或銅為陽極電極，儘可能地把陽極電極製備成為能獲得最大表面積的形狀，二電極緊貼陰離子交換膜兩側；在陰極室加入1-2立升30-50％的氫氧化鉀或氫氧化鈉或氫氧化鋰或氫氧化銨水溶液或者加入其它一切水溶性的氫氧化物溶液，在陽極室加入1立升去離子水，或者加入1立升5-10％的氫氧化鉀或氫氧化鈉水溶液，用泵或攪拌器分別驅動2個小室的溶液循環流動，控制小室溫度為10-60℃，控制陰極室的工作壓力為0-2MPa(只要陰離子交換膜承受得住，陰極室的工作壓力越大越好)，控制陽 極室的工作壓力為常壓或負壓，開通電流迴路，在陰極室仿照鹼性氫燃料電池的操作條件緩緩加入氧氣或空氣，注意在陰極室補充去離子水以保持陰極室的水平面不變，此時已開始輸出電流，用電錶測試電流和電壓並計量，過程中不斷地收集從陽極室溢出的氧氣並計量，24-48小時後停止加入氧氣或空氣，停止發電，收集陽極室雙氧水產物，最後計算可知，發電輸出的最大功率密度為110mW/cm2左右。

實施例2、

選擇普通的鹼性燃料電池設備或離子膜燒鹼的電解槽，用陽離子交換膜將該設備分隔為陰極室和陽極室2個小室，選用空氣擴散電極或不鏽鋼或鐵或鎳為陰極電極，選用活性碳或石墨或不鏽鋼或銅為陽極電極，二電極緊貼陽離子交換膜；在陽極室加入1-2立升30-50％的氫氧化鉀或氫氧化鈉或氫氧化鋰或氫氧化銨或加入一切水溶性的氫氧化物，在陰極室加入1立升去離子水，或加入1立升5-10％的氫氧化鉀或氫氧化鈉水溶液，用泵或攪拌分別驅動2個小室的水溶液循環流動，控制小室溫度為10-60℃，控制陽極室的工作壓力比陰極室的壓力大0.05MPa以上，開通電流迴路，在陰極室仿造鹼性氫燃料電池的條件緩緩通入氧氣或空氣，注意在陰極室補充去離子水以保持陰極室的水平面不變，此時已開始輸出電流，用電錶測試電流和電壓並計量，過程中不斷地收集 從陽極室溢出的氧氣並計量，用化學法跟蹤分析陰極室和陽極室氫氧化鉀或氫氧化鈉或氫氧化鋰或氫氧化銨的濃度，當2個小室的濃度相平衡時，停止發電，收集陽極室雙氧水產物，最後計算可知，發電輸出的最大功率密度為75mW/cm2左右。

實施例3、

選擇普通的鹼性直接甲醇燃料電池設備以及配套的電極和配套的陰離子交換膜，在陽極室加入1立升去離子水，或加入1-2立升5-10％的氫氧化鉀或氫氧化鈉或氫氧化鋰或氫氧化銨水溶液，在陰極室加入1-2立升30-50％的氫氧化鉀或氫氧化鈉或氫氧化鋰或氫氧化銨水溶液，用泵或攪拌分別驅動2個小室的水溶液循環流動，開通電流迴路，控制2個小室溫度為10-60℃，控制陰極室的工作壓力比陽極室的壓力≥0.05-0.1MPa，仿造鹼性直接甲醇燃料電池的操作條件，在陰極室緩緩加入氧氣或空氣，同時在陽極室緩緩加入多元醇鹼水混合物，或緩緩加入純多元醇等有機物，或加入氫氣或加入其它一切的燃料，注意在陰極室補充去離子水以保持陰極室的水平面不變，此時已開始輸出電流，用電錶測試電流和電壓並計量，24-48小時後停止加入氧氣或空氣，並停止加入多元醇鹼水混合物或純多元醇或氫氣等燃料，停止發電，收集陽極室反應生成的二氧化碳和碳酸氫鉀或碳酸氫鈉或碳酸氫鋰或碳酸氫 銨或它們的碳酸鹽水溶液，最後計算可知，發電輸出的最大功率密度為140mW/cm2左右。

實施例4、

選擇傳統的鹼性氫燃料電池設備及其電極，用鹼性陰離子交換膜將該設備分隔為陽極室和陰極室2個小室，二電極貼緊陰離子交換膜，在陰極室加入1-2立升30-50％的氫氧化鉀或氫氧化鈉或氫氧化鋰或氫氧化銨水溶液，在陽極室加入1立升去離子水或1立升1-5％的氫氧化鉀或氫氧化鈉或氫氧化鋰或氫氧化銨水溶液，用泵或攪拌分別驅動2個小室的水溶液循環流動，開通電流迴路，仿造傳統的鹼性氫燃料電池的操作條件分別在陽極室加入氫氣和在陰極室加入氧氣或空氣，用電錶測量電流和電壓，24-48小時後停止發電，最後計算可知，發電輸出的最大功率密度為220mW/cm2左右。

實施例5、

選擇普通的離子膜燒鹼法所用的設備及其電極和陽離子交換膜，在該設備的陽極室加入1-2立升20-40％的氯化鈉或硫酸鈉或它們的鉀鹽水溶液，在該設備的陰極室加入1立升去離子水，用泵或攪拌分別驅動陽極室和陰極室的水溶液循環流動，開通電流迴路但不通入直流電，用化學法跟蹤分析陽極室氯化鈉或硫酸鈉或它們的鉀鹽濃度以及分析 陽極室的酸度，同時跟蹤分析陰極室氫氧化鈉或氫氧化鉀的濃度，不斷地收集從陰極室溢出的氫氣並計量，當陽極室與陰極室的離子濃度基本平衡時，開始通直流電或間隙式地通直流電，控制電解槽的槽電壓為0-2V，控制陽極室和陰極室的溫度為10-60℃，並注意在陰極室補充去離子水，保持陰極室的水平面不變，跟蹤分析在陽極室加入的鹽的含量≤1％時，停止通直流電，關閉泵或攪拌的電源，收集陰極室的氫氧化鈉或氫氧化鉀的溶液並計量，收集從陽極室溢出的氯氣及酸液，最後計算可知，生產的氫氧化鈉或氫氧化鉀的單位直流電耗為140千瓦時/噸左右。

實施例6、

選擇普通的離子膜燒鹼法所用的設備及其電極，用陰離子交換膜替換原來的陽離子交換膜，在該設備的陰極室加入1-2立升20-40％的氯化鈉或硫酸鈉或它們的鉀鹽水溶液，在該設備的陽極室加入1立升去離子水，用泵或攪拌分別驅動陰極室和陽極室的水溶液循環流動，開通電流迴路但不通直流電，用化學法跟蹤分析陰極室的氯化鈉或硫酸鈉或它們的鉀鹽的濃度以及跟蹤分析陰極室氫氧化鈉或氫氧化鉀的濃度，同時用化學法跟蹤分析陽極室的酸度，不斷地收集從陰極室溢出的氫氣並計量，當陰極室與陽極室的離子濃度相平衡時，開始通直流電或間隙式 地通直流電，控制電解槽的槽電壓為0-2V，控制陰極室和陽極室的溫度為10-60℃，並注意在陰極室補充去離子水，保持陰極室的水平面不變，當分析在陰極室加入的鹽的含量≤1％時，停止通直流電，關閉泵或攪拌的電源，收集陰極室氫氧化鈉或氫氧化鉀的溶液並計量，收集從陽極室溢出的氯氣及酸液，最後計算可知，生產的氫氧化鈉或氫氧化鉀的單位直流電耗為90千瓦時/噸左右。

實施例7、

選擇陰離子交換膜(或陽離子交換膜)將普通的電解槽或氫燃料電池設備分隔為陰極室和陽極室2個小室，選用離子膜燒鹼所用的陽極電極為該設備的陽極電極，選用氫燃料電池所用的空氣擴散電極為該設備的陰極電極，在陰極室(或陽極室)加入1-2立升20-40％的氯化鈉或氯化鉀水溶液，在陽極室(或陰極室)加入1立升去離子水，用泵或攪拌分別驅動陽極室和陰極室的溶液循環流動，開通電流迴路但不通入直流電，在陰極室緩緩加入氧氣或空氣，此時有電流輸出，用電錶測試電流和電壓，注意在陰極室補充去離子水，以保持陰極室的水平面不變，並用化學法跟蹤分析陰極室和陽極室的離子濃度，當2個小室的離子濃度基本相平衡時，停止在陰極室加入氧氣或空氣，關閉泵或攪拌的電源，收集陰極室的氫氧化鈉或氫氧化鉀溶液並計量，最後計算可知，生產的 氫氧化鈉或氫氧化鉀的單位直流電耗為零，同時輸出電流的最大功率密度為45mW/cm2。

實施例8、

選擇普通的電動攪拌反應器，投入質量含量為40％的氫氧化鉀水溶液100克，同時投入鋅粉40克和固體碳酸鉀110克，在敞口常壓和105℃的條件下，攪拌反應48小時，生成多元醇等有機物鹼水混合物，同時生成與轉化的碳酸鉀等當量的氫氧化鉀，通過過濾收集該鹼水混合物溶液，溶液中含多元醇20％左右，含氫氧化鉀50％左右；

選擇普通的擴散滲析器，用鹼性陽離子交換膜將該滲析器分隔為陽極室和陰極室2個小室，選用活性碳或石墨或不鏽鋼或鐵或銅為陽極電極，選用空氣擴散電極或不鏽鋼或鐵或鎳為陰極電極，二電極緊貼陽離子交換膜兩側，用電線與二電極接通形成電流迴路；在陽極室加入上述收集的鹼水混合物溶液，在陰極室加入去離子水，保持陰極室的水平面低於陽極室水平面，用泵或攪拌分別驅動2個小室的溶液循環流動，開通電流迴路但不通入外電流，在陰極室緩緩通入氧氣或空氣，此時開始輸出電流，用電錶測試電流和電壓，並注意在陰極室補充去離子水，保持陰極室的水平面不變，24-48小時後停止通入氧氣或空氣，收集陽極室的多元醇鹼水混合物溶液並計量，同時收集陰極室的純氫氧化鉀或 氫氧化鈉水溶液並計量，最後計算可知，氫氧化鉀或氫氧化鈉的回收率為50％左右，該擴散滲析分離過程輸出電流的最大輸出功率密度為32mW/cm2。

實施例9、

二氧化碳廢氣或碳酸鹽循環燃燒發電的工藝路線設計：用氫氧化鉀或氫氧化鈉水溶液吸收二氧化碳廢氣，二氧化碳定量地轉化為碳酸鉀或碳酸鈉水溶液；將該碳酸鹽水溶液投入普通的攪拌反應器中，同時加入氫氧化鉀/金屬粉催化劑，反應一定時間後，碳酸鉀或碳酸鈉幾乎定量地轉化為可燃有機物，生成一種有機物鹼水混合物，同時聯產等當量的氫氧化鉀或氫氧化鈉，(註：回收該氫氧化鉀或氫氧化鈉可用於將二氧化碳廢氣轉化為等當量的碳酸鹽，如此循環製備有機物的過程，實際上真正消耗的為二氧化碳廢氣和水，不消耗氫氧化鉀或氫氧化鈉)，然後通過上述實施例8的方法從鹼水混合物中回收50％的氫氧化鉀或氫氧化鈉並同時輸出電流；再通過上述實施例3的方法，將該已經分離的有機物鹼水混合物加入普通的鹼性直接甲醇燃料電池的陽極室，同時在陰極室加入氧氣或空氣，由此發電，該鹼水混合物中的有機物在陽極室被轉化為二氧化碳或碳酸鹽，收集陽極室生成的二氧化碳以及收集碳酸鉀和碳酸氫鉀或碳酸鈉和碳酸氫鈉的溶液，可作為製備上述有機物鹼水混 合物的原料循環使用，又將製備的該有機物鹼水混合物加入鹼性直接甲醇燃料電池發電，同時該有機物鹼水混合物在陽極室又轉化為可收集的二氧化碳和碳酸鹽和碳酸氫鹽，如此循環往復，就構成了本二氧化碳廢氣或碳酸鹽循環燃燒發電的工藝路線，最保守估算，該循環燃燒發電工藝路線所發電的生產成本低於煤燃燒發電的生產成本，同時二氧化碳零排放。具體如下所述：

一種二氧化碳廢氣或碳酸鹽循環燃燒發電的工藝路線，其特徵為用氫氧化鉀或氫氧化鈉吸收二氧化碳廢氣轉化為碳酸鉀或碳酸鈉，該碳酸鉀或碳酸鈉與水催化反應生成有機物聯產氫氧化鉀或氫氧化鈉，用該生成的有機物通過燃料電池燃燒發電轉化為等當量的二氧化碳廢氣或碳酸氫鹽，又用該聯產的氫氧化鉀或氫氧化鈉將二氧化碳廢氣或碳酸氫鹽轉化為碳酸鹽，再用該碳酸鹽與水反應生成有機物加入燃料電池燃燒發電，如此循環燃燒不斷地發電。