[发明专利]保护碱性燃料电池内不受空气中CO2干扰的系统和方法

权利要求书

1.一种碱性燃料电池，包含：

与双捕获器空气过滤器元件可操作性连接的空气阴极；

包括一系列与第二强结合CO₂化学捕获器串联的第一热再生化学CO₂捕获器的双捕获器空气过滤元件，第一和第二CO₂捕获器从入口到空气阴极逆向放置，第二CO₂捕获器置于第一CO₂捕获器和阴极入口之间；

第一和第二CO₂捕获器被配置用来减少供应给空气阴极入口的空气流中的CO₂水平；

其中碱性燃料电池包括碱性水溶液电解质或不含液体电解质的OH^-离子传导聚合膜。

2.权利要求1的碱性燃料电池，其中第一CO₂捕获器包括作为活性材料的含胺官能团的树脂，其根据下述过程通过胺与CO₂和水蒸汽反应生成碳酸氢盐被配置作为CO2捕获部位：

R-NH₂+CO₂+H₂O＝R-NH₃⁺(HCO₃^-)

其中R包括含碳聚合物骨架。

3.权利要求1的碱性燃料电池，其中第一CO₂捕获器包括作为活性材料的含胺官能团的树脂，其根据下述过程通过与CO₂在干燥空气条件下反应生成氨基甲酸酯类被配置作为CO₂捕获部位：

2(R-NH₂)+CO₂＝(R-NHCOO^-)(R-NH₃⁺)

其中R包括含碳聚合物骨架。

4.权利要求1的碱性燃料电池，其中每kW生成的电力，第一CO₂捕获器确定为约2升的尺寸，并且被配置用来将空气流中的CO₂水平降低约10倍。

5.权利要求1的碱性燃料电池，其中其中第一CO₂捕获器被配置用于使气体在第一CO₂捕获器中的滞留时间高达约1秒，并且进一步地被配置用来将空气流中的CO₂水平降低约10倍。

6.权利要求1的碱性燃料电池，其中第一CO₂捕获器被配置用来将通过第一CO₂捕获器的空气流中的CO₂水平降低约10倍，并且其中通过第一CO₂捕获器的空气流具有高达约45℃的温度。

7.权利要求2和3中任一项的碱性燃料电池，其中第一CO₂捕获器被配置用于热再生，即第一CO₂捕获器响应在约80℃至120℃的温度范围内通过第一CO₂捕获器的再生空气释放被吸收的CO₂，优选约100℃至约105℃的范围。

8.权利要求2和3中任一项的碱性燃料电池，其中第一CO₂捕获器的配置和运行温度应确保在吸收和解吸半周期的过程中，当基本上等于空气流速时，恢复CO₂捕获性能的再生时间短于CO₂饱和时间。

9.权利要求2和3中任一项的碱性燃料电池，其中通过将再生空气流通过第一CO₂捕获器，第一CO₂捕获器被配置用于热再生，其中再生空气流包括供应到有或没有额外加热的第一CO₂捕获器的阴极废气流。

10.权利要求9的碱性燃料电池，其中额外加热包括与可燃料电池可操作性连接的电加热器或催化加热器提供加热。

11.权利要求1的碱性燃料电池，其中第二CO₂捕获器包括含有碱石灰、氢氧化锂或氢氧化钠的活性材料。

12.权利要求1的碱性燃料电池，其中第二CO₂捕获器被配置用来将第一CO₂捕获器排出的空气流中的CO₂水平降低10倍。