[发明专利]用于氢释放的可更换模块化装置

说明书

一种用于从氢液体载体生成氢气的模块化装置，可包括：壳体；用于接收氢液体载体的至少入口；以及布置在壳体内的至少一个盒。盒包括至少一个催化剂，该催化剂被配置成当暴露于氢液体载体时导致氢气的释放。该模块化装置可包括用于排出所述模块化装置中释放的氢气的气体出口和用于排出废氢液体载体的液体出口。

相关申请的交叉引用

本申请要求2018年4月17日提交的美国临时申请号62/658,635和2018年8月27日提交的美国临时申请号62/723,331的权益。前述申请中的每一个都通过引用整体并入本文。

背景技术

近年来，氢已成为一种越来越有吸引力的清洁能量生产源。例如，氢可以为诸如汽车、自行车、飞机或其他电动车辆等移动装置提供高效的零排放能源。虽然一些氢供能系统利用存储箱来供应氢以用于能量产生，但是这种系统引起了诸如重量、体积、效率、安全性和成本的技术问题。然而，氢燃料电池可通过电氧化反应在燃料电池中提供安全、可靠的按需能量源。例如，金属硼氢化物燃料具有相对高的氢含量，从而使其成为一种有吸引力的制氢燃料选项。

这种硼氢化物燃料电池常常需要与氢液体载体接触的催化剂来有助于氧和氢的反应。氢燃料电池技术的主要障碍是开发一种不会随时间推移过快降解的耐久的催化剂材料。虽然在催化剂的选择和设计方面取得了进步，但催化剂的耐久性常常是燃料电池技术生命周期中的一个限制因素。因此，在大多数系统中，随着催化剂的降解，燃料电池的生产率大大降低，并且没有办法更换催化剂。

因此，考虑到这些缺陷，需要针对允许更换催化剂的液态氢基燃料电池的技术解决方案。解决方案应有利地允许在维护周期期间移除催化剂。另外，燃料电池装置应具有模块化设计，从而允许重复的托盘或盒，这些托盘或盒可以根据需要单独移除和更换。这种装置应该允许可更换的催化剂盒，而不牺牲装置的效率或按需制氢的能力。

发明内容

本公开涉及一种用于从氢液体载体生产氢气的模块化装置。本文公开的模块化装置克服了几个技术问题。在典型的制氢装置中，装置的生命周期受到催化剂耐久性的限制，并且因此，催化剂降解是燃料电池技术的主要障碍。如下所讨论的，所公开的模块化装置可具有包含用于制氢的催化剂的一系列盒。这些盒可从模块化装置移除以进行检查或更换。此外，模块化装置可容纳一系列重复的可互换盒，以降低成本并且有助于维护。在所公开的模块化装置中使用可更换的一致的盒，可以显著提高氢气生产装置的效率和生命周期。

现在将详细参考所公开的实施例，其示例在随附附图中图示。

在一个方面，模块化装置可包括壳体、用于接收氢液体载体的至少一个入口、布置在壳体内的至少一个盒以及用于排出在模块化装置中释放的氢气的至少一个气体出口。该盒可包括至少一个催化剂，该催化剂被配置成当暴露于氢液体载体时导致氢气的释放。在一些实施例中，盒可包括中央支撑结构，其中催化剂安装到中央支撑结构的一侧。在其他实施例中，盒可具有安装到中央支撑结构任一侧的催化剂。盒也可从壳体移除以进行检查或维护。盒可被布置成使得从入口接收的氢液体载体在所述多个盒之间流动。

模块化装置可包括在模块化装置的至少一端上的边缘盒，该边缘盒包括至少一个催化剂。边缘盒还可包括催化剂，该催化剂被配置成当暴露于氢液体载体时导致氢气的释放。

在一些实施例中，模块化装置还可包括包含冷却流体的冷却护套。冷却护套可设置在盒的中央支撑结构内。可以使用热传递凝胶将催化剂附接到冷却护套。

模块化装置可包括壳体内的管道，该管道被配置成将氢液体载体从入口分配到盒。该管道可包括主流道，该主流道被配置成从入口接收氢液体载体，并通过分支将燃料分配到盒之间的空间。

催化剂可包括具有催化涂层的金属结构。涂层可包含Ni的内层和外部催化剂层。在一些实施例中，Ni层的Ra粗糙度值可以在6.3-25 μm的范围内。催化剂可布置成规整填料构型。