[发明专利]一种用于水下长时间发电的燃料电池系统

说明书

本发明公开了一种用于水下长时间发电的燃料电池系统，所述燃料电池系统包括双氧水储存单元(1)、甲醇储存单元(2)、制氧反应器(3)、汽液分离器(4)、制热反应器(5)、制氢反应器(6)、气体分离器(7)、发电单元(8)以及电能控制单元(9)；所述电能控制单元(9)与双氧水储存单元(1)、甲醇储存单元(2)、制热反应器(5)、发电单元(8)相连接，用于控制管理发电与用电。本发明所述系统能够安全、高效地利用双氧水和甲醇产生发电效应，具有高效、结构紧凑、可靠性高以及环保等突出优点，在水下发电系统方面具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及燃料电池发电领域，尤其涉及一种可用于水下长时间发电的燃料电池系统。

背景技术

随着全球经济的快速增长，人们的生活水平也随之日益改善。同时人们也越来越清醒地认识到能源是人类生存、经济发展以及社会进步的重要物质基础。因此，开发绿色能源，实现可持续发展，改善生存环境已成为关乎人类生存的重要课题。鉴于此，燃料电池作为一种高效、清洁的电化学发电装置，近年来得到了国内外的普遍重视。

燃料电池是把燃料中的化学能通过电化学反应直接转换为电能的发电装置。按电解质分类，燃料电池一般包括质子交换膜燃料电池、磷酸燃料电池、碱性燃料电池、固体氧化物燃料电池及熔融碳酸盐燃料电池等。

燃料电池在交通运输、便携式电源、分散电站、航空航天及水下潜器等民用与军用领域展现出广阔的应用前景。在水下潜艇方面，燃料电池作为潜艇AIP(不依赖空气推荐装置)动力源，第一艘燃料电池AIP潜艇于2002年首次下水。FC-AIP潜艇具有续航时间长、安静、隐蔽性好等优点，通常柴油机驱动的潜艇水下一次潜航时间仅为2天，而FC-AIP潜艇一次潜航时间可达3周。

氢能是一种可再生的绿色能源，氢的燃烧值是所有燃料中最高的，氢能可以和电能进行高效率的可逆转换，氢燃料电池因具有诸多优点而受到重视。目前，主要的制氢方式仍是化学制氢，从煤、石油和天然气等化石燃料中制取氢气。

甲醇水蒸汽重整制氢是近年来发展较快的制氢方法，具有操作方便、原料易得、反应条件温和、副产物少等优点。甲醇水蒸汽重整制氢的工艺流程如图2所示。甲醇水蒸汽重整制氢的反应式如下：

CH₃OH+H₂O＝CO₂+3H₂ ΔH＝40.5kJ/mol；

申请号为201610950882.7的中国专利公布了一种水下甲醇燃料电池动力系统需要携带高压液氧储罐提供氧气，而液氧的携带虽然比液氢的携带难度要小，但在水下密闭环境中携带液氧仍然存在安全隐患。此外，该系统中制氢反应所需的热量需要通过消耗一部分氢氧燃料电池产生的电能通过电加热方式供热。而使用双氧水作为原料制备氧气，并采用甲醇与氧气的放热反应提供热量能有效的解决以上两个问题。

双氧水又称过氧化氢，发现于1818年的法国。双氧水在催化剂的作用下可以分解产生氧气和水，反应产物没有任何污染。双氧水分解的化学反应式如下：

2H₂O₂＝2H₂O+O₂；

甲醇与氧气的放热反应化学式如下：

2CH₃OH+3O₂＝2CO₂+4H₂O ΔH＝-1452kJ/mol。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种可用于水下长时间发电的燃料电池系统，采用易于携带的液体甲醇和双氧水为原料，其结构紧凑，无机械运动部件，噪声小，能量利用效率高，可靠性较高，反应副产物环保无污染；采用了氢能这种可再生的绿色能源作为动力源，能量利用效率较高。本发明提供的可用于水下长时间发电的燃料电池系统在水下潜器发电领域具有广阔的发展前景。