[发明专利]一种储氢材料反应腔及其燃料电池发电装置

说明书

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种储氢材料反应腔及其燃料电池发电装置。

背景技术

氢气通过燃料电池可转化为电能。氢气的来源有两种，一种为储存在容器内，可为高压液态氢气储存方式；另一种为储存在材料里面，称作储氢材料。高压储氢方式有高压泄漏的危险，液态储氢方式有升温液态氢气沸腾的问题，储氢材料储氢方式被公认为最安全的储氢方法。储氢材料中提取氢气，供给燃料电池使用，便可发电。

氢化镁(MgH₂)是一种已知的储氢材料，可与水反应产生氢气，并放出大量的热，其化学反应方程式为MgH_2(S)+H₂O_(l)＝Mg(OH)_2(S)+H_2(g)↑，ΔH＝-268kJ/mol。

上述的产氢方法叫做水解制氢。水解制氢法中，液态水从水箱内以打水泵打入反应腔与氢化镁接触反应产生氢气，再将氢气导入燃料电池即可发电，上述水解制氢法的缺点为液态水与氢化镁的反应速率低，使得氢气产生的速率低(或是氢气流量低)，而直接导致燃料电池的发电功率低。

为解决液态水与氢化镁反应速率低的问题，在反应中添加反应促进剂(以催化反应方式或其他方式促进反应)的方法被提出来，例如在液态水中加入氯酸盐、NH₄Cl、MgCl₂、柠檬酸、LaH₃。

添加水解反应促进剂除了直接提高使用材料的成本外，还有一个致命的缺点就是当燃料电池发电机(或是水解产氢设备)在搬运过程中因意外造成顷斜或顷倒时，液态水将顺着氢气出口流出到燃料电池，这流出的液态水杂质很多，可能是酸性或是碱性，甚至可能是带有MgH₂或Mg(OH)₂或MgO的悬浮液体，这杂质液体或悬浮液体，将覆盖燃料电池的膜电极，使氢气无法与膜电极接触，大幅降低燃料电池发电功率以至降低燃料电池寿命。

另外，酸性或碱性液体腐蚀管路以及管路上的阀门，更甚者，腐蚀性酸性或碱性液态水沿着管路通过燃料电池后，泄漏到外面，污染到使用者以及环境，伤害更大的是悬浮液体会阻塞氢气管路，造成氢气管路气压过大而爆裂，造成危险。

针对上述问题，有人提出气态-固态反应(gas-solidreaction)，也就是水蒸汽-氢化物水解反应法，上述方法中不存在液体，也不需要水解反应促进剂，可以解决上述液态水解产氢的问题。水蒸汽-氢化物水解反应法中，从水箱以打水泵将液态水打出，通过加热器，液态水汽化成水蒸汽，接着水蒸汽进入反应腔与氢化镁接触反应产生氢气，再将氢气导入燃料电池即可发电。因为氢化镁水解反应是放热，所以反应腔的温度可维持100℃以上，高温的反应腔不会存在液态水，并且水解反应放出热可以加以利用取代加热器使液态水汽化成水蒸气。但是，常见储氢材料都需要在高温环境(>室温)才可以释放出氢气供给燃料电池使用，例如Mg(BH₄)₂(NH₃)₂有大约13wt.％高储氢,但工作温度约380℃；例如SolidAB(NH₃BH₃)有大约16wt.％高储氢，但工作温度约160℃；例如Mg(BH₄)₂有大约11wt.％高储氢，但工作温度约350℃。这些高工作温度限制了这些储氢材料的使用，或是使用这些储氢材料需要额外加热,造成体积重量增大与耗能问题。

发明内容

针对现有的燃料电池技术领域存在的上述问题，现提供一种旨在降低水反应腔壁温度、减少高温保护套的使用厚度、减少装置体积和重量的储氢材料反应腔及其燃料电池发电装置。

具体技术方案如下：

本发明的第一个方面是提供一种储氢材料反应腔，应用于燃料电池发电装置中，具有这样的特征，反应腔内设有阻隔层，阻隔层合围形成封闭区域，封闭区域内填充有第一储氢材料，反应腔内相对封闭区域的外部设有第二储氢材料，并且，反应腔上设有用于通入水蒸汽且与封闭区域连通的第一连接口和延伸且依次与反应腔和封闭区域连通以用于通出氢气的第二连接口。

本发明中也可去除阻隔层，由第二储氢材料直接堆积于第一储氢材料的外围。

上述的储氢材料反应腔，还具有这样的特征，第一储氢材料为MgH₂，第二储氢材料为热解储氢材料。