[发明专利]用于燃料电池的产氢组合物

说明书

背景技术

材料气相水解形成氢气代表能够实现比锂聚合物电池的体积能量密度和重量能量密度多若干倍的体积能量密度和重量能量密度的燃料电池系统的商业上可行的策略。该技术的一个限制是燃料与水蒸气的反应速度非常慢。为了实现高的体积能量密度，必须将燃料压制成粒料形式；然而，一旦为粒料形式，燃料甚至更慢地反应并产生氢气。缓慢的产氢可导致燃料电池的非常低的倍率性能，使得该技术对于依赖于较高功率的应用而言不足以成为商业上可行的。尽管可以增加产氢材料的表面积，或者可以增加产氢材料的量，但是这可能导致较高的成本、较低的能量密度并且可能使产品的尺寸增加至对于诸如智能手机的传统消费类电子产品而言过大以致商业上不可行的程度。

气相水解形成用于燃料电池系统的氢气的另一个限制是来自于被水解的材料的不需要的产物的形成，例如水合的氢氧化物。当温度和湿度条件在其中在反应期间形成水合的氢氧化物而不是所需的未水合的氢氧化物的范围内时，形成水合的氢氧化物。当形成诸如水合的氢氧化物的副产物时，产氢材料可能承担额外的质量，这降低了重量能量密度。诸如水合物的副产物的形成还导致显著的体积膨胀，这降低了体积能量密度。此外，诸如水合物的形成的副产物的形成可能导致降低的产氢倍率性能，这是因为可用于产氢的水可能作为水合物或其他副产物而被结合。

发明内容

用于燃料电池的产氢组合物包含氢化物和路易斯酸。

在各个实施方案中，所述产氢组合物包含选自氢化铝锂(LiAlH₄)、氢化钙(CaH₂)、氢化铝钠(NaAlH₄)、氢化铝(AlH₃)及其组合的氢化物，其中所述氢化物为所述产氢组合物的约70wt%-约99.9wt%。所述产氢组合物还包含选自氯化铝(AlCl₃)、氯化镁(MgCl₂)、氯化锆(IV)(ZrCl₄)及其组合的路易斯酸，其中所述路易斯酸为所述产氢组合物的约0.1wt%-约30wt%。

在各个实施方案中，所述产氢组合物包含选自氢化铝锂(LiAlH₄)、氢化钙(CaH₂)、氢化铝钠(NaAlH₄)、氢化铝(AlH₃)及其组合的氢化物，其中所述氢化物为所述产氢组合物的约60wt%-约90wt%。所述产氢组合物包含选自氯化铝(AlCl₃)、氯化镁(MgCl₂)、氯化锆(IV)(ZrCl₄)及其组合的路易斯酸，其中所述路易斯酸为所述产氢组合物的约5wt%-约30wt%。所述产氢组合物还包含氧化钛(IV)，其中所述氧化钛(IV)为所述产氢组合物的约1wt%-约10wt%。

使用氢燃料电池的方法包括使产氢组合物与水蒸气接触以形成氢气。所述产氢组合物包含氢化物和路易斯酸。所述方法还包括将氢气供应至所述氢燃料电池的电极。

使用氢燃料电池的方法包括使产氢组合物与水蒸气接触以形成氢气。所述产氢组合物包含选自氢化铝锂(LiAlH₄)、氢化钙(CaH₂)、氢化铝钠(NaAlH₄)、氢化铝(AlH₃)及其组合的氢化物，其中所述氢化物为所述产氢组合物的约70wt%-约99.9wt%。所述产氢组合物还包含选自氯化铝(AlCl₃)、氯化镁(MgCl₂)、氯化锆(IV)(ZrCl₄)及其组合的路易斯酸，其中所述路易斯酸为所述产氢组合物的约0.1wt%-约30wt%。所述方法包括将氢气供应至所述氢燃料电池的电极。在各个实施方案中，所述产氢组合物还包含氧化钛(IV)，其中所述氧化钛(IV)为所述产氢组合物的约1wt%-约10wt%。

燃料电池系统包括包含氢化物和路易斯酸的产氢组合物。所述系统还包括流体连接至所述产氢组合物的氢燃料电池。