[发明专利]将NH3作为燃料气的燃料电池装置及制备方法与使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种将NH₃作为燃料气的燃料电池装置的制备方法，属于燃料电池技术领域。

背景技术

NH₃作为一种氢源的重要载体，以其单位分子含氢量高达17.65％而被作为继氢气、碳氢化合物(如甲烷、甲醇等)之后、应用于燃料电池的替代燃料气。采用NH₃作为燃料电池燃料气具有的优点在于：(1)无论原料气来源上还是阳极产物中均不含有对阳极(如贵金属Pt等)毒化作用的CO、CO₂等气体，从而避免了燃料电池性能下降、寿命简短以及为此消耗更多的催化剂等不良现象出现。(2)NH₃在常态下的存在形式以气态和液态较为常见，性质稳定，较氢气来讲储存和运输方便、安全。(3)全世界范围内氨的产量丰富，价格相对低廉，来源广泛。

近几年来，国内外目前已经对NH₃燃料电池进行了初步研究，构建了诸如固体氧化物燃料电池(SOFC)、NH₃预重整制氢加燃料电池等各种形式的燃料电池。Meng G Y等分别采用了SDC、YSZ为代表的氧离子电解质、BaCe_0.8Gd_0.2O_3-δ为代表的质子导体陶瓷膜作为NH₃燃料电池固体电解质，试图对高温下NH₃燃料电池的电输出性能以及阳极材料进行初步研究。但是无论SDC、YSZ氧离子固体电解质还是BaCe_0.8Gd_0.2O_3-δ质子导体材料，都是以高温(≥800℃)作为它们产生荷电离子的首要条件，因此高温条件是这一类NH₃燃料电池研发的主要瓶颈。而D W Goodman等则开展了NH₃重整催化制氢附加燃料电池体系的开发研究，该系统先将NH₃进行预重整制氢，然后进一步利用产生的H₂为燃料电池提供燃料气。预重整系统的增加不光使得NH₃的重整制氢成为燃料电池气源的重要步骤，也由于系统的复杂化程度增加而使得商业化变得愈加困难。另一方面，尽管质子交换膜燃料电池已有低温条件运行的案例并被商业化开发，但是R Hailseid等发现当采用NH₃作为燃料气时，碱性的NH₃燃料气将对以Nafion膜为代表的酸性质子交换膜产生难以确定的毒化作用，从而使燃料电池性能和寿命严重下降。因此迄今为止，对于开发在低温条件下直接利用NH₃作为燃料气的燃料电池，并如何回收此类燃料电池电能仍是有待解决的问题。

CN101328275A中国专利中公开了一种吡啶季铵盐型碱性或弱碱性聚合物膜的应用方法，该方法提出采用甲醇为燃料气，易引起阳极碳毒化，同时未指明以此类聚合物为电解质膜的燃料电池制备方法。

WO0317396A1国外专利公开了一种实用NH₃的燃料电池，但未指明燃料电池电解质膜的具体种类和制备方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种将NH₃作为燃料气的燃料电池装置的制备方法，构建一种直接利用NH₃作为燃料气的燃料电池，此类燃料电池以碱性离子交换膜为固体电解质，对NH₃具有抗毒化能力、并在中低温度下(≤80℃)顺利运行。采用NH₃作为燃料电池燃料气具有的优点在于：(1)无论原料气来源上还是阳极产物中均不含有对阳极(如贵金属Pt等)毒化作用的CO、CO₂等气体，从而避免了燃料电池性能下降、寿命简短以及为此消耗更多的催化剂等不良现象出现。(2)NH₃在常态下的存在形式以气态和液态较为常见，性质稳定，较氢气来讲储存和运输方便、安全。(3)全世界范围内氨的产量丰富，价格相对低廉，来源广泛。