[发明专利]硼氢化物产氢方法和便携式氢气发生器

说明书

技术领域

本发明涉及一种产氢速度快，安全性高的硼氢化物产氢方法及便携式氢气发生器。

背景技术

氢气作为洁净能源，例如氢气可以在燃料电池中可控的与氧气反应，产生电能和水，燃料电池能量转换率高达到60-80％，大大高于现在最好的内燃机(40％)，氢气作为一种新型能源受到很大关注。但氢气临界温度低(32.79K)，很难液化，而且液化氢气的密度也很低(0.07kg/l)，所以氢气难以储存和运输，需要用各种储氢材料储存它。

常用的储氢方法有金属储氢和化合物储氢，他们储氢能力强。例如氢化镁可以储存7.8％(质量百分数，下同)质量的氢气，并且释放后能够重新吸收氢气，可重复使用。然而金属储氢放氢很困难，需要几百度温度，造成实际使用很难。另外也有用吸附材料储氢，例如碳纳米材料，但他们需要的吸附温度低(例如130K)。另一种储氢材料是化合物储氢例如硼氢化物，利用储氢化合物和水等反应放出氢气，氢气释放条件比较容易，同时系统储氢量高。

硼氢化物(M(BH₄)n，M＝Li，Na，K，Mg，Al等)，尤其是代表物硼氢化钠(NaBH₄)，含有10.6wt％的氢，能和水自然反应(水解反应)放出全部氢气：NaBH₄+2H₂O＝NaBO₂+4H₂，反应能够放出占反应总物质量10.8％的氢气，是一种很好的化合物储氢材料。硼氢化钠水解制氢，储氢容量高，饱和水溶液可达35％，储氢量为7.4％；并且产氢纯度高，水解产生的氢气不含CO和其他杂质，只有少量水分，不会引起燃料电池中的催化剂中毒；反应条件简单，反应相对容易控制；反应可在低温下进行，不需提供额外的能量；NaBH₄水溶液具有阻燃性，安全性好；并且在加入稳定剂后能够稳定存在于空气中，储运和使用安全；反应生成的产物NaBO₂对环境无污染，并可作为合成NaBH₄原料进行回收再利用。然而其缺点是：水解反应产氢速度受温度和pH影响很大，在室温和纯水中，反应半衰期为几个小时，水解自放氢速度很慢，难以满足瞬时、大气量使用要求；其次，纯NaBH₄水溶液反应不能控制，造成在需要氢气的时候，反应速度又太慢，而不想用氢气的时候，体系又自然放氢，纯水溶液不能较长时间存放，因而缺乏实际应用价值。虽然在酸性条件下，反应速度很快，但不易控制，安全性差。

为此人们在硼氢化钠水溶液中，加入NaOH作为稳定剂(例如10-20％NaBH₄，5-10％的NaOH)，形成NaBH₄-水-NaOH和催化剂(例如Pt/C，NiCl₂等)体系，该水溶液在pH＝14时，半衰期是430天，可以较长时间存放。当需要氢气时，使用催化剂接触溶液，放出氢气。然而其不足是：反应生成的高浓度含硼化合物的水合物NaBO₂会沉淀、结块，附在催化剂表面，使催化剂失活，以及堵塞设备；产氢速度与催化剂用量呈正比，高产氢速度，需要较大量的催化剂，增加了产氢成本；同时使用催化剂需要很多控制部件(如泵，流量，循环等)，加之高浓度NaOH具高腐蚀性，安全性差，造成产氢设备相对复杂，难以小型化，因此难以做到用小型产氢设备驱动大型氢气燃料电池；再就是，虽然有较长半衰期，但仍会缓慢释放产氢，长期存放导致容器内压力过高，存在安全隐患，由此水溶液仍不能长期存放；催化剂需要特殊制备，成本较高，造成产氢使用成本增高。