[发明专利]固态氢燃料产氢系统及其供氢以及供氢给燃料电池的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种燃料组成物及其供氢方法，且尤其涉及一种能维持长时间稳定放氢的固态燃料组成物及其供氢方法。

背景技术

供氢装置是提供燃料电池系统所不可或缺的单元，用以提供燃料发电。以传统上用于氢燃料电池中的一种制氢系统为例，若使用硼氢化钠(NaBH₄)水溶液作为氢源，则可利用泵将硼氢化钠水溶液(液态燃料)输送至触媒床，待放出氢气后，再将硼酸钠(NaBO₂)水溶液抽离触媒床，借由触媒床的催化作用来加速硼氢化钠的水解反应，使氢气能够快速地产生，其化学反应式(1)如下：

由于化学氢化物水解放氢时为放热反应，供氢装置的温度易受到反应放热的影响，不易维持在恒温，随着水解放氢反应的持续进行，会使得系统或装置的温度持续升高。当放氢系统温度上升时，会导致放氢速率急速上升，进而使得放氢速率快速上升，无法维持在稳定的放氢速率。图1图1为放氢速率和反应温度对于反应时间的关系示意图。由图1可知反应温度和放氢速率呈现高度的正相关。

再者，不同功率的燃料电池有其对应的供氢速率，若供氢速率太低则无法使燃料电池达到其应有的功率，若供氢速率太高则会造成氢气的浪费。因此，如何提供一稳定的放氢速率给燃料燃池是很重要的课题。

目前，本领域技术人员通过复杂的机械设计来达到稳定控制放氢流量，请参考中国台湾专利申请案号096121493，名称“微匣型氢气产生器”。此专利所使用的氢燃料也为固态氢化物，其放氢原理也是通过催化剂水解固态氢化物，此专利为了控制氢气产生和维持稳定的放氢速率，针对其容器装置进行复杂的机构设计。然而，此装置的机械设计过于复杂，不仅体积庞大、重量重、且造价昂贵，就实体和成本考虑上都不利于日常使用和携带。

本申请人先前通过高分子基材使催化剂和固态氢化物结合在一起(中国台湾申请案号：98108205)，制成可塑性固态氢燃料。再者，可进一步将可塑性固态氢燃料柔捏成各种几何造型与外观结构后，置入适当的盛装容器中；以及在盛装容器加入水后，产生高且稳定的放氢速率，如图2所示，其绘示使用现有技术中可塑性固态氢燃料的放氢曲线图。其中使用3克的NaBH₄(固态化学氢化物)和0.6克的Co²⁺/IR-120(固态触媒，为螯合钴离子后的阳离子交换树脂，其中，IR-120是一种离子交换树酯，商品名称为Amberlite IR-120)的粉碎混合体，均匀分散于2.5克的硅橡胶(silicone rubber)中，而得到图2的放氢曲线。

另外，为了解决供氢装置在使用时会有液态水泄漏的问题，本申请人先前又提出全固态化学放氢(中国台湾申请案号：98112619)利用固态水以解决液态水泄漏的问题，借由水具有高比热的特性，可大量吸收放氢反应所释放出的热能，以维持放氢过程中的温度。请参照图3，其绘示现有技术中使用固态氢燃料与固态水的放氢曲线图。其中，所使用的固态氢燃料包括2克的NaBH4(固态化学氢化物)和0.4克的Co²⁺/IR-120(固态触媒)的粉碎混合体，均匀分散于1.6克的硅橡胶中，而固态水例如是水胶状固体。然而，由于全固态化学放氢所使用的水为固态水，导致无法吸收反应过程中快速放出的热量，使得放氢速率无法维持一稳定值，如图3所示。

发明内容

本发明提供一种固态氢燃料产氢系统及固态氢燃料供氢以及供氢给燃料电池的方法，其是利用相变化材料(phase-change materials)来使具此燃料组成物的供氢装置能长时间保持一定温度，借此控制化学氢化物水解放氢时的温度，使其水解放氢时可维持长时间的稳定放氢。

根据本发明的第一方面，提出一种固态氢燃料产氢系统，包括一固态氢燃料、一吸附材料和一相变化材料。其中，吸附材料与固态氢燃料均匀混合，用以吸附材料里的液体如水、醇类、其水溶液、盐类水溶液、酸性水溶液或前述组合的水溶液。相变化材料邻近固态氢燃料的一放氢反应处，以相变化形式吸收和储存固态氢燃料进行一放氢反应时所产生的热能并维持反应温度，以控制该放氢反应的放氢速率以及维持氢气流量。

其中，该相变化材料与混合的该固态氢燃料和该吸附材料置放于一包材内。

其中，该固态氢燃料和该吸附材料混合于一包材内，而该相变化材料位于该包材外并与置放该包材的一容器直接接触。