[发明专利]一种电化学合成硼氢化物的装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种电化学合成装置，具体的讲涉及一种电化学合成硼氢化物的装置，属于燃料电池氢源领域。

背景技术

当今，燃料电池备受各国重视，被认为是21世纪首选的高效、清洁的发电装置，目前，限制燃料电池发展的主要问题是氢的储存，常用的储氢方式储氢能量较低。硼氢化物是一种高储氢含量的材料，既能催化水解释放氢气作为高容量、高纯氢源材料，又可直接通过电化学方式作为高容量负极材料。

近来，美国的chryler group和日本的H-Gene Tech.Alliance正在开发以碱金属硼氢化合物为燃料的新型燃料电池，其原理为：

硼氢化物是在1942年由Schlesinger等人首次合成的。由于它在含硼高能燃料、造纸及纺织工业等领域有着广泛的应用，使之在50年代末期先后在欧、美等国投入工业化生产。

目前，工业上合成硼氢化物主要采用传统的合成方法包括硼酸酯法(亦称Schlesinger法)及硼砂法(亦称Bayer法)，硼酸酯法是用气相硼酸三甲酯与氢化钠反应生成硼氢化物，由于反应时放热较多，控温比较困难；而硼砂法需在较高的压力下才能获得较高的转化率。

近几年，国外还开发了通过加入还原剂方法制备硼氢化物的工艺，此类反应一般需要在高温下进行，另外，还需要保持一定的高压。

美国学者Cooper在US3734842中公开了一种电解法合成硼氢化物的工艺，其不需要加入还原剂，降低了生产成本。但是由于该工艺使用贵金属催化剂，使得电流效率降低，而传统的电解槽结构不利于反应物与电极内部的接触，因而电流效率较低，为此，公开号为CN1584122的中国专利提出了一种三电解槽系统，即将所述电解槽分成三个相互隔离的室：阳极室、阴极A室和阴极B室，阳极室与阴极A室通过阳离子交换膜隔开，阴极A室和阴极B室通过多孔阴极隔开，该装置虽然在一定程度上提高了电流效率，但是造价昂贵，并且占地面积较大。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种结构简单、电流效率较高、占地面积小并且连续循环的新型电化学合成硼氢化物的装置。

其具体技术方案如下：一种电化学合成硼氢化物的装置，包括阴极室和阳极室构成的电解池，所述的阴极室和阳极室通过多孔陶瓷片隔开，其中阴极和阳极分别位于阴极室和阳极室的内部，其特征在于：所述的阳极室上部设有氧气出口，阴极室上部设有MBO₂和MAlO₂的加料口以及氢气出口，阴极室的侧面设有氢气进口，所述的阴极可以分为上下两部分，其中所述的阴极下半部分为多孔泡沫式结构，上半部分为实体结构，所述氢气进口通过管道直接与阴极内部相连接，残余氢气通过所述氢气出口导出，通过管道和增压泵后进入连接氢气进口与阴极内部的管道中。多孔泡沫式阴极结构有利于气体的扩散，增大了反应面积，并且阴极室的氢气进口直接连接到阴极内部，可以使残余氢气经阴极内部从所述阴极与电解质的界面逸出。

所述的阴极也可以是平板式，在阴极室中设有若干阴极板，所述阴极板底部通过管道与氢气进口相连接，氢气在若干阴极板之间扩散，增大了反应面积，从而加快了反应速度。

所述的电解池材料可以是石英玻璃或氧化铝陶瓷。

所述的阴极材料可以是铝、铁或石墨。

所述的阳极材料可以是石墨。

所述的多孔陶瓷片可由多孔氧化铝、多孔二氧化硅或多孔氧化镁陶瓷中的一种制成，用于抑制阳极室与阴极室中的液体相混合，也可以作为气体隔离层，防止阴极室和阳极室中产生的气体互相扩散。

所述阴极室和阳极室中还包括：熔融电解质和助熔剂，其中所述熔融电解质为M₃AlF₆，M₇B₃O₈中的一种或两种，所述助熔剂为MAlF₄(SAF)、AlF₃或CaF₂中的一种或几种的混合物，其中M为碱金属阳离子。

电解反应时，封闭所述MBO₂和MAlO₂的加料口，防止因反应剧烈，导致电解液外溢。