專(zhuān)利名稱(chēng)：一種硼氫化鈉水解制氫燃料電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
:本實(shí)用新型涉及燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說(shuō)涉及一種利用硼氫化鈉水解制氫的燃料電池。
技術(shù)背景:目前，人們研究的為燃料電池供氫的方式主要有物理法和化學(xué)法兩大類(lèi)。物理法有:高壓鋼瓶?jī)?chǔ)存供給法，低溫液化氫法，玻璃微球儲(chǔ)存，活性炭吸附儲(chǔ)存氧化鐵吸附儲(chǔ)存等?；瘜W(xué)法主要有:金屬氫化物儲(chǔ)存，有機(jī)液態(tài)氫化物儲(chǔ)存，無(wú)機(jī)物儲(chǔ)存等。NaBH4水解發(fā)生氫氣的技術(shù)是一種安全，方便的新型催化發(fā)生氫氣的技術(shù)，也是目前一種比較熱門(mén)的催化發(fā)生氫氣的技術(shù)，具有以下優(yōu)點(diǎn):①硼氫化鈉儲(chǔ)氫燃料是一種環(huán)境友好的物質(zhì)，整個(gè)發(fā)生氫氣與使用過(guò)程不排放含碳和含氮的有害氣體，②與其它儲(chǔ)氫方式相比，液態(tài)儲(chǔ)氫燃料的儲(chǔ)氫量高，可達(dá)到將近原材料的10wt%是金屬氫化物儲(chǔ)氫的10倍，③儲(chǔ)存，使用安全，運(yùn)載方便，④氫氣純度高，不會(huì)造成燃料電池電極催化劑的毒化，⑤能源利用率高，反應(yīng)過(guò)程中不需要外加能量就可以把NaBH4及一部分水中的氫釋放出來(lái)。如上所述，目前的供氫方式都存在這樣或那樣問(wèn)題，尚無(wú)法完全適應(yīng)燃料電池，尤其是移動(dòng)工具用燃料電池的應(yīng)用要求。對(duì)于燃料電池游艇的應(yīng)用來(lái)說(shuō)，無(wú)機(jī)氫化物制氫是比較合適的，相比其它供氫方式，它主要有以下優(yōu)點(diǎn):無(wú)機(jī)氫化物制氫，它是目前世界上新發(fā)展的氫能源，是一種高安全的供氫技術(shù)。以硼氫化物為例，其水溶液在觸媒作用下，可將其他化合的氫全部釋放出來(lái)并同時(shí)將水水介，釋出水中的氫，使釋氫量增加一倍，近年來(lái)在這方面國(guó)際上已有突破因而使燃料電池在移動(dòng)電源中 優(yōu)勢(shì)突出，燃料電池在硼氫化鈉新氫源配套條件下重量比能量可達(dá)7100wh/kg，體積比能量可達(dá)7314WH/1M，固態(tài)貯氫新氫源系統(tǒng)裝量是非燃燒型，在空氣中隋性，在劇烈碰撞情況下，沒(méi)有大量氫氣泄漏擴(kuò)散引發(fā)爆炸，無(wú)機(jī)氫化物制氫技術(shù)國(guó)內(nèi)基本空白，NABH4是目前最成熟的無(wú)機(jī)氫化物，雖然其釋氫量較NH3BH3低，但它不需要加溫，在觸媒劑作用下水解釋氫可達(dá)21.2%，它操作方面容易控制，它釋出的氫純度高，可達(dá)99.99%，僅含少量水，所以用NABH4制氫作為燃料電池的燃料是十分合適的，NABH4是無(wú)機(jī)氫化物中穩(wěn)定性和溶解度最高的一種，在水中的溶解度為35%，在干燥空氣中可長(zhǎng)期保存，它本身及反應(yīng)后的副屬品都無(wú)毒和無(wú)公害。添加穩(wěn)定劑(NAOH)與抑止劑的硼氫化鈉的溶液與選擇的觸媒配合，可構(gòu)成高可靠和高安全的氫源。目前，國(guó)內(nèi)使用硼化氫鈉(NaBH4)水解制氫使用的催化劑全都是一次性的，其不足之處是:1、催化劑用完后無(wú)法再使用，使得制氫成本高。2、制備過(guò)程中危害較大，易產(chǎn)生堿性刺激的危害，嚴(yán)重影響人體的呼吸系統(tǒng)和皮膚；3、制造條件較高，操作起來(lái)十分不便。4、當(dāng)使用現(xiàn)有的催化劑制氫時(shí)，由于所使用的催化劑的原因，其生產(chǎn)工藝一般條件要求較高，生產(chǎn)設(shè)備也相對(duì)較復(fù)雜，成本也較高
實(shí)用新型內(nèi)容
:[0008]本實(shí)用新型的目的就是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)之不足，而提供一種硼氫化鈉水解制氫燃料電池，它生產(chǎn)的氫純度高，系統(tǒng)比能量高，安全性能好，使用壽命長(zhǎng)，催化劑能反復(fù)使用。本實(shí)用新型的技術(shù)解決措施如下:一種硼氫化鈉水解制氫燃料電池，包括儲(chǔ)液罐、輸液泵、反應(yīng)罐、凈化器和冷熱交換器，儲(chǔ)液罐內(nèi)儲(chǔ)存有按質(zhì)量計(jì)濃度為15 30%的NaBO4溶液，儲(chǔ)液罐內(nèi)固定有冷熱交換器；輸液泵通過(guò)管道泵NaBO4溶液至反應(yīng)罐中，冷熱交換器的水冷管伸入反應(yīng)罐中；反應(yīng)罐內(nèi)放置有催化劑架、加試劑口，催化劑上放置有催化劑架上，催化劑架為固定在反應(yīng)罐內(nèi)的不銹鋼絲網(wǎng)，反應(yīng)罐與冷熱交換器蒸汽管道通連，冷熱交換器的出氣口管道通接凈化器，凈化器的出氣口通接供氫燃料電池進(jìn)氣口。所述冷熱交換器與凈化器通接管道上安裝有一級(jí)冷凝分離器和二級(jí)冷凝分離器，一級(jí)冷凝分離器的出氣口通接二級(jí)冷凝分離器的進(jìn)氣口，二級(jí)冷凝分離器的出氣口通接凈化器進(jìn)氣口。本實(shí)用新型的有益效果在于:1.生產(chǎn)的氫純度高(純度達(dá)99.99%)，不含碳?xì)浠衔?，硫，碳?.系統(tǒng)比能量高:重量比能量可大于10%。3.在近常溫常壓下運(yùn)作，可采用塑料合金或復(fù)合材料結(jié)構(gòu)。4.硼氫化鈉溶液在常態(tài)環(huán)境條件下不會(huì)燃燒，不會(huì)爆炸，溶液與反應(yīng)后生成物均對(duì)環(huán)境無(wú)不良影響5.燃料溶液 在PH值大于11的堿性溶液中，性能穩(wěn)定不會(huì)釋氫，只有在特定觸媒劑的作用下才會(huì)釋出氫，NABH4溶液通過(guò)加入穩(wěn)定劑與抑制劑后呈隋性狀態(tài)，因此可高度保證使用時(shí)的安全性和可靠性。6.利用NABH4溶液在觸媒作用下水解制氫，產(chǎn)生氫氣的速度取決于觸媒面積，作用溫度和流量。觸媒劑是控制釋氫的關(guān)健，要求它反應(yīng)速度快，不會(huì)中毒，性能穩(wěn)定，壽命長(zhǎng)，并能反復(fù)使用。7、燃料電池的NaBH4水解制氫生產(chǎn)設(shè)備利用冷熱交換器預(yù)熱儲(chǔ)液罐中的NaBO4溶液，確保進(jìn)入反應(yīng)罐時(shí)反應(yīng)溫度控制在55 65°C，同時(shí)冷熱交換器的水冷管伸入反應(yīng)罐中，控制反應(yīng)te中為恒溫。

:圖1為本實(shí)用新型的催化劑的結(jié)構(gòu)示意圖圖2為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖圖3為本實(shí)用新型的工藝流程方框圖
具體實(shí)施方式
:實(shí)施例:見(jiàn)圖1至3所示，一種硼氫化鈉水解制氫燃料電池，包括儲(chǔ)液罐1、輸液泵
2、反應(yīng)罐3、凈化器4和冷熱交換器5，儲(chǔ)液罐I內(nèi)儲(chǔ)存有按質(zhì)量計(jì)濃度為15 30%的NaBO4溶液，儲(chǔ)液罐I內(nèi)固定有冷熱交換器5 ;輸液泵2通過(guò)管道泵NaBO4溶液至反應(yīng)罐3中，冷熱交換器5的水冷管伸入反應(yīng)罐3中；反應(yīng)罐3內(nèi)放置有催化劑架31、加試劑口 32，催化劑上放置有催化劑架31上，催化劑架31為固定在反應(yīng)罐3內(nèi)的不銹鋼絲網(wǎng)，反應(yīng)罐3與冷熱交換器5蒸汽管道通連，冷熱交換器5的出氣口管道通接凈化器4，凈化器4的出氣口通接供氫燃料電池8進(jìn)氣口。所述冷熱交換器5與凈化器4通接管道上安裝有一級(jí)冷凝分離器6和二級(jí)冷凝分離器7，一級(jí)冷凝分離器6的出氣口通接二級(jí)冷凝分離器7的進(jìn)氣口，二級(jí)冷凝分離器7的出氣口通接凈化器4進(jìn)氣口。實(shí)際生產(chǎn)中，除正常運(yùn)行啟動(dòng)外，根據(jù)給定的供氫量和供氫壓力控制系統(tǒng)運(yùn)行，用傳感器將各個(gè)電磁閥，可變量泵，氫氣流量，壓力，溫度，濕度，液位等輸入和輸出點(diǎn)的數(shù)值進(jìn)行運(yùn)算，并進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)與協(xié)調(diào)控制，調(diào)整各受控點(diǎn)的狀態(tài)，保證系統(tǒng)工作在最佳狀態(tài)，使系統(tǒng)運(yùn)行在給定值范圍內(nèi)，并對(duì)氫源系統(tǒng)進(jìn)行故障自診斷和安全預(yù)警，及報(bào)警?；蜃詣?dòng)切斷系統(tǒng)工作。立即停止切斷氫氣與燃料電池供氫管道。本氫源系統(tǒng)可按需用功率負(fù)荷設(shè)計(jì)一次性供料工作時(shí)間。一次工作時(shí)間結(jié)束可加料再次循環(huán)工作。本系統(tǒng)中所有部件及反應(yīng)罐其最高工作溫度< 110°C采用鈦合金，其余結(jié)構(gòu)材料采用聚碳酸脂和ABS型塑料合金等。各接口部件要用316不銹鋼材料。工作原理:反應(yīng)罐3中產(chǎn)生氫氣和水蒸汽進(jìn)入冷熱交換器5進(jìn)行熱交換后，再經(jīng)過(guò)一級(jí)冷凝分離器6和二級(jí)冷凝分離器7冷凝分離出水后，氫氣進(jìn)入凈化器4，經(jīng)凈化器4將氣液分離后的氫氣進(jìn)一步凈化，除去含有的雜質(zhì)、金屬、非金屬離子和鹽達(dá)到工業(yè)純氫99.99%標(biāo)準(zhǔn)后供氫燃料電池8。反應(yīng)時(shí)，反應(yīng)罐3中生成氫氣時(shí)產(chǎn)生熱能，這個(gè)熱能被冷熱交換器5的水冷管吸收，控制反應(yīng)te 3中 溫度為恒溫。儲(chǔ)液Sil I被冷熱交換器5中熱能控制在恒溫。
權(quán)利要求1.一種硼氫化鈉水解制氫燃料電池，包括儲(chǔ)液罐(I)、輸液泵(2)、反應(yīng)罐(3)、凈化器(4)和冷熱交換器(5)，其特征在于: 儲(chǔ)液罐(I)內(nèi)固定有冷熱交換器(5 );輸液泵(2 )通過(guò)管道泵NaBO4溶液至反應(yīng)罐(3 )中，冷熱交換器(5)的水冷管伸入反應(yīng)罐(3)中； 反應(yīng)罐(3 )內(nèi)放置有催化劑架(31)、加試劑口( 32 )，催化劑上放置有催化劑架(31)上，催化劑架(31)為固定在反應(yīng)罐(3)內(nèi)的不銹鋼絲網(wǎng)，反應(yīng)罐(3)與冷熱交換器(5)蒸汽管道通連，冷熱交換器(5)的出氣口管道通接凈化器(4)，凈化器(4)的出氣口通接供氫燃料電池(8)進(jìn)氣口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種硼氫化鈉水解制氫燃料電池，其特征在于:冷熱交換器(5)與凈化器(4)通接管道上安裝有一級(jí)冷凝分離器(6)和二級(jí)冷凝分離器(7)，一級(jí)冷凝分離器(6)的出氣口通接二級(jí)冷凝分離器(7)的進(jìn)氣口，二級(jí)冷凝分離器(7)的出氣口通接凈化器(4)進(jìn)氣口。
專(zhuān)利摘要一種硼氫化鈉水解制氫燃料電池，包括儲(chǔ)液罐、輸液泵、反應(yīng)罐、凈化器和冷熱交換器，儲(chǔ)液罐內(nèi)儲(chǔ)存有按質(zhì)量計(jì)濃度為15～30%的NaBO4溶液，儲(chǔ)液罐內(nèi)固定有冷熱交換器；輸液泵通過(guò)管道泵NaBO4溶液至反應(yīng)罐中，冷熱交換器的水冷管伸入反應(yīng)罐中；反應(yīng)罐內(nèi)放置有催化劑架、加試劑口，催化劑上放置有催化劑架上，催化劑架為固定在反應(yīng)罐內(nèi)的不銹鋼絲網(wǎng)，反應(yīng)罐與冷熱交換器蒸汽管道通連，冷熱交換器的出氣口管道通接凈化器，凈化器的出氣口通接供氫燃料電池進(jìn)氣口。它生產(chǎn)的氫純度高，系統(tǒng)比能量高，安全性能好，使用壽命長(zhǎng)，催化劑能反復(fù)使用。
文檔編號(hào)C01B3/06GK203085685SQ201220583099
公開(kāi)日2013年7月24日 申請(qǐng)日期2012年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月7日
發(fā)明者陳堯春, 王兆生, 楊磊 申請(qǐng)人:陳堯春, 王兆生