技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及氫氧燃料電池制備領(lǐng)域，具體涉及一種基于硼氫化鈉制氫的氫燃料電池系統(tǒng)及其控制方法。

背景技術(shù)

燃料電池是繼火電、水電和核電之后的第4代發(fā)電技術(shù)，它是唯一兼?zhèn)錈o污染、高效率、適用廣、無噪聲和具有連續(xù)工作和模塊化特點的動力裝置，被認(rèn)為是21世紀(jì)最有發(fā)展前景的高效清潔發(fā)電技術(shù)。按燃料的來源，燃料電池又可分為三類。第一類是直接式燃料電池，即其燃料直接用氫氣或輕醇類；第二類是間接式燃料電池，其燃料不是直接用氫，而是通過某種方法(如重整轉(zhuǎn)化)將輕醇、天然氣、汽油等化合物轉(zhuǎn)變成氫(或氫的混合物)后再供給燃料電池發(fā)電；第三類是再生式燃料電池，它是指把燃料電池反應(yīng)生成的水，經(jīng)過電解分解成氫和氧，再將氫和氧輸入燃料電池發(fā)電。作為燃料電池的一種，氫氧燃料電池(Hydrogen-Oxygen Fuel Cell)以氫氣為燃料作還原劑，氧氣作氧化劑，通過燃料的燃燒反應(yīng)，將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿碾姵?，與原電池的工作原理相同。

氫燃料電池工作時，向氫電極供應(yīng)氫氣，同時向氧電極供應(yīng)氧氣。氫氣、氧氣在電極上的催化劑作用下，通過電解質(zhì)生成水，此時氫電極上有多余電子帶負(fù)電，氧電極上由于缺少電子而帶正電。接通電路后，這一類似于燃燒的反應(yīng)過程就能連續(xù)進行。其具有如下特點：產(chǎn)物是水，清潔環(huán)保；容易持續(xù)通氫氣和氧氣，產(chǎn)生持續(xù)電流；能量轉(zhuǎn)換率較高；排放廢棄物少；噪音低。因此，氫氧燃料電池近年來受到人們的廣泛關(guān)注。

目前國內(nèi)外氫燃料電池的相關(guān)專利的研究內(nèi)容基本上圍繞著燃料電池的結(jié)構(gòu)設(shè)計、電極材料、反應(yīng)裝置、電解質(zhì)組成優(yōu)化以及氫氣的制造與儲存系統(tǒng)等方面。

氫燃料電池用儲氫材料的研究面臨著挑戰(zhàn)。金屬氫化物用作儲氫材料由于其儲存及運輸氫安全、方便的特點而備受青睞，但由于熱力學(xué)、動力學(xué)和金屬原子量上的限制，一些可逆金屬氫化物儲氫質(zhì)量分?jǐn)?shù)只能達(dá)到1.5％～2.5％。配位輕金屬氫化物的儲氫質(zhì)量分?jǐn)?shù)在金屬氫化物中相對較高，這些配位輕金屬氫化物中又以鋁氫化物(M_XAlH₄)和硼氫化物(M_XBH₄)儲氫質(zhì)量分?jǐn)?shù)最大，最大可達(dá)到18.4％(LiBH₄)。

國外的Amendola研究組設(shè)計出兩種實現(xiàn)該反應(yīng)的方案。方案I類似于扁昔發(fā)生器，利用壓籌將儲罐中靜止的NaBH₄溶液驅(qū)入裝有催化劑的反應(yīng)管，NaBH₄溶液由反應(yīng)管底部進入，產(chǎn)生的氫氣由反應(yīng)管頂部通過控制閥逸出。通過控制反應(yīng)管中氫氣的壓力可以調(diào)節(jié)反應(yīng)管中NaBH₄液面高低，從而也就控制了氧氣的生成速度。方案2是使用小型機械泵將NaBH₄溶液注入裝有催化劑的管式反應(yīng)器.通過控制NaBH₄溶液的流速來控制產(chǎn)氫速度，該方案可對氫氣需要量的變化做出快速響應(yīng)。

A.Pozio等發(fā)明了一種新型、由硼氫化鈉溶液水解制取氫氣的裝置，其特點是由兩塊平行的磁性平板圍成反應(yīng)區(qū)域，硼氧化鈉堿性溶液包含在磁場之中。ENEA粉末催化劑是由直徑為10微米的磁性球體組成，并在其表面涂有Ru的涂層，并使催化劑均勻的分布于磁性容器表面上，這種特殊的催化劑可以保證高動力速率且能提高其化學(xué)穩(wěn)定性。在這個研究的基礎(chǔ)上，A.Pozio等人又致力于一種新型便攜式燃料電池能源發(fā)生器的設(shè)計，并取得了一定的成果。

國內(nèi)的學(xué)者如楊漢西等人采用硼化鎳作催化劑，進行了用硼氫化鈉溶液水解制取氫氣的研究，并取得了理想的效果。他們還公開了一項有關(guān)氫氣制備方法及裝置的專利(CNl438169)，將金屬硼氫化物的水溶液或堿性水溶液與通過化學(xué)沉積在多孔載體村料的過渡金屬硼化物催化劑接觸.硼氧化物發(fā)生水解反應(yīng).釋放出氫氣。

王新東等對硼氧化鈉制氧技術(shù)做了相關(guān)研究，并申請了一項專利(CNl01049907A)，該方法利用裝置內(nèi)部兩容器間的氫氣壓力差的作用，使反應(yīng)料在裝置內(nèi)的兩容器間流動，調(diào)節(jié)反應(yīng)料與催化劑的接觸量，從而來控制氫氣的產(chǎn)生速率和氫氣壓力。由于裝置內(nèi)部的氣壓可以隨外部氫氣的需求速率變化，從而實現(xiàn)該裝置根據(jù)外部氫氣的需求量來自控調(diào)節(jié)氫氣的生成速率，達(dá)到即時自控供氫的目的。該方法是密閉兩容器內(nèi)，通過導(dǎo)液管來接通，兩密閉容器分別是反應(yīng)區(qū)容器和儲料區(qū)容器，儲料區(qū)容器內(nèi)的反應(yīng)料通過導(dǎo)液管進入反應(yīng)區(qū)容器后.在催化劑催化作用下產(chǎn)生氫氣，產(chǎn)生的氫氣再由導(dǎo)氣管通往燃料電池。

發(fā)明內(nèi)容