[发明专利]一种基于有机液态储氢材料的直接燃料电池

说明书

技术领域

本发明涉及清洁能源与新能源领域中氢能利用技术。具体涉及一种基于液态储氢材料的直接燃料电池。即对特定液态储氢材料的氢化物，通过直接燃料电池将其转化为储氢材料，同时放出电能。

背景技术

能源是现代社会赖以生存和发展的基础，能源的供给能力密切关系着国民经济的可持续发展，是国家安全保障的战略基础之一。由于经济的高速发展致使传统的不可再生的化石燃料等能源日趋告急，当今各国政府均寄希望于氢能、太阳能、风能等新兴能源。

燃料电池是一种清洁环保的氢能利用技术。它利用燃料的燃烧反应，将化学能直接转化为电能，而不经过卡诺热机，从而具有较高的能量转化效率。燃料电池主要分为固体氧化物燃料电池(SOFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)、磷酸型燃料电池(PAFC)、碱性燃料电池(AFC)和质子交换膜燃料电池(PEMFC)。其中质子交换膜燃料电池和碱性燃料电池工作温度较低(＜150℃)，被称为低温燃料电池，具有较好的应用前景。目前，低温燃料电池的燃料主要为H2，也可为醇类小分子，如甲醇等。使用甲醇作为燃料的燃料电池被称为甲醇直接燃料电池(DMFC)，由于甲醇在常温下是液态，使得燃料电池的体积表新，与气体燃料相比，甲醇易于储备和运输，具有较高的能量转换效率。其工作原理如下：

阳极：CH₃OH+H₂O→CO₂+6H⁺+6e^-

阴极：1.5O₂+6H⁺+6e^-→3H₂O

总反应：CH₃OH+1.5O₂+H₂O→CO₂+3H₂O

从上述反应可以看出，甲醇直接燃料电池所使用燃料甲醇是消耗品，反应产物中仍然有少量CO₂。

目前研究较多的储氢材料包括物理吸附类材料和化学吸附类材料，其中有机液体储氢材料是一种具有潜力的储氢材料。以芳香化合物为例，1摩尔环己烷可以放出3摩尔氢气，同时生成1摩尔苯；而苯又可以通过催化加氢，重新将氢储存。同时有机液体储氢材料在常温下主要为液态，方便运输。目前人们对于有机液体储氢材料的研究还集中在使用贵金属催化剂如Pt、Pd、Ru等催化有机液体储氢材料放出氢气供燃料电池使用。

本发明中所选用的芳香分子的种类及其物理状态、脱氢过程的温度条件及其能量损耗等均与已报道的研究分子有明显区别，下面对此作具体分析讨论。

1)分子须在工作温度(＜150℃)下是不易挥发的液体，而不是固体。虽然对于某些固体可溶于一定的溶剂中，但溶剂会以降低其在电极表面的浓度，如菲、蒽等固体以及苯等易挥发的液体就不能作为其工作介质；

2)氢化分子的脱氢温度不宜太高，如苯的氢化分子环己烷脱氢温度大于300℃，这已远远超出了电池的工作温度，不宜作工作介质；同时，若脱氢氢化温度高，电池阳极的极化严重从而增加脱氢放电中的能量损耗。如脱氢温度高，所需热量大的苯等芳环小分子就不宜作工作介质。另外如乙烯醇这样的不稳定分子也不能作为工作介质。

基于以上因素，有必要研发新型的至少在工作温度下为液体，其氢化物脱氢温度也足够低的有机液体储氢材料，提供一种结构简单、新型的直接燃料电池。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于有机液态储氢材料的直接燃料电池，该直接燃料电池具有结构简单的特点。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：一种基于有机液态储氢材料的直接燃料电池，它包括燃料电池单体26，燃料电池单体26通过AC/DC转换电路与负载相连；其特征在于：燃料电池单体26上的储氢材料出口14由储氢材料输出管16与储氢材料罐17相连通，燃料电池单体26上的储氢材料氢化物输入口13由储氢材料氢化物输入管20与储氢材料氢化物罐18相连通，储氢材料氢化物输入管20上设有储氢材料氢化物泵19；燃料电池单体26上的出水口25由出水管24与水罐22相连通，燃料电池单体26上的进气口21与进氧气管相连通；水罐22顶部有出气口23；储氢材料罐17内盛有储氢材料，所述储氢材料为多元混合液态不饱和杂环芳烃。

所述的多元混合液态不饱和杂环芳烃具体为多个液态不饱和杂环芳烃分子(如：咔唑、N-甲基咔唑、N-乙基咔唑、吲哚、喹啉等)中的任意一种或任意二种以上的混合，任意二种以上混合时为任意配比。