[发明专利]一种制备作为燃料电池氢源的氢气的方法

说明书

技术领域

本发明涉及微型燃料电池氢源使用技术领域，具体涉及一种制备作为燃料电池氢源的氢气的方法。

背景技术

近些年来，国家提出积极开发利用新能源的战略发展计划，加大了对新能源领域的财政、政策扶持力度，旨在减少温室气体排放，解决环境问题，同时应对能源危机，实现经济、生态统筹协调发展。新能源领域的核心技术之一：燃料电池技术因而得到了飞速的发展。燃料电池不仅可作为大型的动力电源使用,也可用作小型的便携式电源,如膝上电脑、移动通讯等等。但一直以来,燃料电池应用最大的障碍氢的储运始终未能得到有效解决。尤其对于便携式燃料电池来说,这一矛盾愈加突出。

化学氢化物(如NaH、LiH、NaBH₄)水解发生氢气是一种方便、实用、且能有效制备高纯度氢气的新型氢气发生技术。这种技术产生的氢气纯度高，可直接作为燃料电池的氢源。然而LiH、NaH和水反应过于剧烈，因此NaH表面要涂上一层树脂以减少和水反应的接触面积，LiH要和轻质矿物油混合调成浆状，在常温常压下和水反应才能平缓。NaBH₄较之稳定且容易操作，因此是目前研究者普遍采用的制氢技术路线。然而NaBH₄和水反应放氢化物中的有效氢容量并不能完全释放，会在固体反应产物中残留，反应放氢效率低，需要催化剂加速。硼烷氨络合物（NH₃BH₃）体系水解发生氢气也是目前研究比较热门的水解材料之一。因为NH₃BH₃有效氢容量为5.8wt%，且NH₃BH₃在常温下可与水形成稳定溶液方便储运。然而催化引发NH₃BH₃水解发生氢气的催化剂多是贵金属材料，其制备成本较高，且循环次数不理想。Diwan等提出采用高纯铝在密闭高压釜中点燃后与NH₃BH₃悬浊液反应发生氢气，获得了迄今为止最高的氢容量。然而这种反应方式需要附属点火装置，同时需要充入惰性气体保持高压，成本高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种制备作为燃料电池氢源的氢气的方法，该方法放氢效率高、放氢过程稳定可控、适用于微型燃料电池氢源使用。

本发明所采用的技术方案为：

一种制备作为燃料电池氢源的氢气的方法，该方法包括以下步骤：将硼烷氨络合物（NH₃BH₃）与高放热氢化物混合后，与液态水发生反应，使产生氢气，通过控制硼烷氨络合物与高放热氢化物的混合方式以及硼烷氨络合物与高放热氢化物之间的混合比例实现反应放氢速率的调节，最终使硼烷氨络合物和高放热氢化物中有效氢容量完全释放；所述高放热氢化物指水解热＞34kJ/kg的氢化物。

硼烷氨络合物的理论的氢含量为19.8wt%，并且可以通过热解和水解，以氢气的方式释放化合物中的氢，因此可以用来实现作为燃料电池氢源的制氢材料，其水解的有效氢容量为5.8wt%。

本发明中所述高放热氢化物在常温下即可与液态水发生剧烈反应，产生氢气并释放大量热。硼烷氨络合物水溶液在常温下稳定存在，当温度超过70℃后有氢气缓慢释放，当温度超过82℃时可快速水解释放氢气。本发明将硼烷氨络合物与高放热氢化物混合，然后与液态水发生水解放氢反应，液态水会先与高放热氢化物发生反应产生氢气并释放热量，释放的热量引发硼烷氨络合物与液态水之间的反应并产生氢气，所以本发明整体反应不如高放热氢化物与液态水之间的反应那样剧烈，整个反应变得稳定可控，且可利用高放热氢化物的反应放热引发硼烷氨络合物快速水解，加速硼烷氨络合物与液态水之间的放氢反应，使硼烷氨络合物与液态水之间在没有催化剂时也能快速水解，将其有效氢容量完全释放。

作为优选，所述高放热氢化物为高放热硼氢化物（M(BH₄)_x，M=Li、Na、Ka、Mg）。

当高放热氢化物为高放热硼氢化物时，硼烷氨络合物与高放热硼氢化物采用以下方式混合：将硼烷氨络合物与高放热氢化物一起置于球磨罐中，然后在100～600rpm转速下球磨30～300min，混合后通入化学剂量或过量的液态水，使液态水先与高放热硼氢化物反应产生氢气并释放大量热，然后释放的热量引发硼烷氨络合物与液态水之间的反应并产生氢气，通过控制硼烷氨络合物与高放热硼氢化物之间的混合比例实现反应放氢速率的调节，最终使硼烷氨络合物和高放热硼氢化物中有效氢容量完全释放。