[发明专利]一种硼氢化物制氢系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种氢气制备装置，具体的讲涉及一种硼氢化物制氢系统，属于燃料电池氢源领域。

背景技术

氢是一种清洁燃料，因为其可以在氢气消耗装置例如燃料电池或者内燃机中与氧气反应产生能量和水，在反应中没有其它副产物，因此，使用氢作为燃料有效的解决了使用石油燃料时伴随的环境问题。但是，如何安全、有效的存储氢气一直是技术人员在努力解决的问题，许多氢载体包括烃、金属氢化物和化学氢化物都被视为氢储存和供应系统，例如碱金属氢化物、碱金属铝氢化物和碱金属硼氢化物。其中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，在典型的多相催化体系中，硼氢化物和水产生氢气和硼酸盐的化学计量反应可以用下面的化学反应表示：

但缺点是重量大、储氢效率低，而且即使在常温下，硼氢化物溶液也会很快水解掉一半。因此，为了使硼氢化物能够在现实生活中得到应用，平时必须将其保持在强碱性溶液中。其余的硼氢化物也都必须保持在强碱性溶液中。硼氢化物分解是一个放热反应，每产生1molH₂放出75kJ热量，从而使得反应液的温度升高。在较高的温度下，生成的氢气带有较多的氢氧化钠。如果不除掉氢气中的氢氧化钠，则会损害燃料电池的电堆。

美国专利US715033B2公开了一种氢气发生器系统，其利用用以存储反应产生氢气的燃料材料的体积交换外壳和氢气分离室，该系统包括一个或多个可渗透膜，其使得氢气可以通过该膜而阻止水溶液通过该膜。该系统虽然在一定程度上解决了燃料电池的除碱问题，但是由于该膜阻止水溶液通过，制得的氢气为干燥状态，在进入燃料电池的电堆之前还需要加湿，增加了运行成本，另外可渗透膜容易污堵，需要定期清理和更换，不易于日常维护。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种结构紧凑、操作简单并且便于维护的新型硼氢化物制氢系统，有效的抑制了氢气中的碱液对燃料电池电堆的损害。

其具体技术方案如下：一种硼氢化物制氢系统，包括用于储存反应液的燃料室、用于放置催化剂的反应室和废料室，其中燃料室上设有反应液进口，废料室上设有废料液出口，燃料室和反应室通过控制阀相连接，反应室上端通过连接管和单向阀与废料室相连接，废料室的上部设置有气液分离室，其上设有氢气出口，其特征在于：在气液分离室和氢气出口之间设置有除碱装置，在所述的除碱装置中设有吸附物质或有机酸。

优选的，在所述的除碱装置中放置有机酸，因为有机酸可以中和生成的氢气中的碱，而使水分保留在氢气中，在氢气进入燃料电池的电堆时，不需要加湿，节约了生产成本。

所述的吸附物质可以为脱脂棉、分子筛、活性炭、变色硅胶或FeCl3、P2O5中的一种或者几种的混合物。

所述的有机酸可以是柠檬酸、乙酸、马来酸、丁二酸或苹果酸中的一种或者几种的混合物。

所述的催化剂可以为任意一种可以催化分解硼氢化物制氢的催化剂，例如可以包括固定床雷尼镍催化剂、固定床雷尼钴催化剂或固定床雷尼镍钴催化剂中的一种或几种的混合物。

所述的废料室的边缘固定在整个装置上，所述的废料室由弹性物质构成，所述的弹性物质可以是橡胶、有弹性的金属薄片，优选的是高弹性橡胶，所以，当没有废液进入时，整个废料室漂浮在反应液的上面。从而使得燃料室的空间更大，节约了体积，使得整个装置具有更大的储氢量。

为了保证燃料室内的反应液全部流入反应室内，使得反应充分进行，所述的反应室可以设置于燃料室的下方或者设置在燃料室的侧面，与所述的燃料室位于同一水平面上。

所述的控制阀用于调节由燃料室流向反应室的硼氢化物液体流量，以实现产氢速度的调节。当控制阀打开后，燃料室中的反应液经控制阀流入反应室，溶液与反应室中被固定的催化剂接触后产生氢气，氢气带动液体沿着连接管经单向阀流入废料室，所述的单向阀用来控制反应室内的气体和液体流向废料室，但废料室中的溶液则不能通过单向阀流向反应室。液体在重力的作用下向下落，而气体则向上，完成第一次气液分离，随后在反应液上，氢气经过气液分离室进行第二次分离。在所述的气液分离室内设置有泡沫镍，用于阻拦气体中的碱液随着气体进入氢气出口。

在氢气进入氢气出口前，通过所述的除碱装置，进一步吸收氢气中含有的微量碱，然后成为可供质子交换膜燃料电池使用的纯氢气，经过氢气出口流出。