[发明专利]一种电解尿素制氢用于燃料电池汽车的系统及方法

权利要求书

1.一种电解尿素制氢用于燃料电池汽车的系统，其特征在于：包括碱性尿素溶液供应系统(1)、碱性尿素电解池(2)、氢气纯化系统(3)和燃料电池汽车系统(4)；

所述碱性尿素溶液供应系统(1)的电解液出口连接碱性尿素电解池(2)的电解液入口，碱性尿素电解池(2)的电解液出口连接碱性尿素溶液供应系统(1)的电解液循环入口，碱性尿素电解池(2)的阴极气体出口连接氢气纯化系统(3)的气体入口，氢气纯化系统(3)的气体出口连接燃料电池汽车系统(4)的气体入口。

2.根据权利要求1所述的一种电解尿素制氢用于燃料电池汽车的系统，其特征在于：所述碱性尿素溶液供应系统(1)包括搅拌反应釜，与搅拌反应釜连通的尿素加料装置和碱液储罐，连通搅拌反应釜与尿素加料装置和碱液储罐的输送泵。

3.根据权利要求1所述的一种电解尿素制氢用于燃料电池汽车的系统，其特征在于：所述碱性尿素电解池为常规碱性电解槽，阳极为镍基氧化物或镍基合金氧化物，阴极为镍基合金。

4.根据权利要求1所述的一种电解尿素制氢用于燃料电池汽车的系统，其特征在于：所述燃料电池汽车系统(4)包括相连接的车载储氢装置、燃料电池电堆及辅助单元；所述车载储氢装置采用高压气态储氢或固态储氢。

5.权利要求1至4任一项所述的系统进行电解尿素制氢用于燃料电池汽车的方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1：在碱性尿素溶液供应系统(1)中配成碱性尿素电解液；

步骤2：将在碱性尿素溶液供应系统(1)中配成的碱性尿素电解液打入碱性尿素电解池(2)中，通电发生如下电解反应：

阴极：

6H₂O+6e^-→3H₂+6OH^- E°＝-0.83V vs SHE

阳极：

CO(NH₂)₂+6OH^-→N₂+5H₂O+CO₂+6e^- E°＝-0.46V vs SHE

总反应：

CO(NH₂)₂+H₂O→N₂+3H₂+CO₂ E＝0.37V

在碱性尿素电解池(2)的阴极产生高纯氢气，在阳极产生氮气和二氧化碳；

步骤3：碱性尿素电解池(2)的阴极产生的高纯氢气进入氢气纯化系统3；

步骤4：氢气从氢气纯化系统(3)加注到燃料电池汽车系统(4)，通过燃料电池电堆发电带动汽车发动机运转。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述步骤1中，碱性尿素溶液供应系统(1)中配成的碱性尿素电解液为含有尿素的KOH溶液，其中尿素的质量分数为2-10％，KOH的质量分数为20-30％。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述步骤1中，碱性尿素溶液供应系统(1)中尿素采用人或牲畜的尿液或工业制成品。

8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述步骤2中，尿素电解反应所需外加电压为0.40-1.10V；尿素电解反应的温度为25-40℃；

碱性尿素电解池(2)的阳极产生的CO₂会与电解液中的OH^-反应产生碳酸盐，过程中无CO₂排放。

9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述步骤3中，氢气纯化系统(3)产生的氢气纯度在99.999％以上。

10.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述步骤4中，氢气纯化系统(3)的出口氢气压力随着燃料电池汽车系统(4)的使用需求而调整，其中：当燃料电池系统采用35MPa高压储氢瓶时，氢气纯化系统(3)的氢气压力为45MPa以上；当燃料电池系统采用70MPa高压储氢瓶时，氢气纯化系统(3)的氢气压力为90MPa以上；当燃料电池系统采用固态储氢方式时，氢气纯化系统)(3的氢气压力为10-30MPa。