[发明专利]一种连续可调自产氢的复合燃料电池系统

说明书

本发明提供了一种连续可调自产氢的复合燃料电池系统，包括金属空气电池、质子交换膜燃料电池、催化剂箱和恒温箱；催化剂箱内盛放有NaBH₄水解催化剂，金属空气电池的电解液箱内盛放有碱性电解液和NaBH₄溶液，电解液箱、催化剂箱和电堆箱依次通过第一供液管道连通；催化剂箱上端还设有产氢孔，且催化剂箱通过产氢孔和第一供氢管道与质子交换膜燃料电池的供氢孔连接；本发明能利用盛放在电解液箱内的NaBH₄溶液在催化剂箱内发生水解反应释放出氢气，不仅解决了NaBH₄溶液的存放问题，还能为质子交换膜燃料电池的放电反应提供充足的氢气；在恒温箱的恒温作用下，还能有效的解决质子交换膜燃料电池氢气供应速率的问题，又不影响金属空气电池的正常放电反应。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种连续可调自产氢的复合燃料电池系统。

背景技术

质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell，英文简称PEMFC)是一种燃料电池，在原理上相当于水电解的“逆”装置，其单体电池由阳极、阴极和质子交换膜组成，阳极为氢燃料发生氧化的场所，阴极为氧化剂还原的场所，阳极和阴极都含有加速电极电化学反应的催化剂，质子交换膜作为电解质；放电工作时相当于一个直流电源，其阳极即电源负极，阴极为电源正极，具体的：

质子交换膜燃料电池的阳极（电源负极）反应为：2H₂-4e→4H⁺；

质子交换膜燃料电池的阴极（电源正极）反应为：O₂+4e+4H⁺→2H₂0；

由于质子交换膜只能传导质子，因此氢质子可直接穿过质子交换膜到达阴极，而电子只能通过外电路才能到达阴极，当电子通过外电路流向阴极时就产生了直流电。

近几年,质子交换膜燃料电池使用日益广泛，但是一直缺乏方便、可直接利用的供氢方法和安全、高效、经济、轻便的储氢技术；在专利《一种基于空气电池的一体化发电系统》（CN208819993U）中，将金属空气电池产生的氢气供给质子交换膜燃料电池使用解决了上述供氢和储氢问题，以铝空气电池为例：

铝空气燃料电池水解反应方程式为：2Al+6H₂0→2Al(OH)₃+3H₂；

因此，可将铝空气电池反应产生的氢气供给质子交换膜燃料电池使用，但是存在着产氢量少、产氢量不可控问题；由于在催化剂存在下, 硼氢化钠（NaBH₄）在碱性水溶液中可发生水解反应产生氢气和水溶性亚硼酸钠（NaBO₂），反应方程式如下所示：

NaBH₄ +2H₂O →4H₂ +NaBO₂；

因此，可利用NaBH₄的水解反应作为氢气的来源，但是NaBH₄的水解反应受温度影响十分显著，具体的，水解反应的速率随温度的增加而增大，同时随着NaBH₄溶液量的增加产氢量也显著增大，因此，产氢量不可控，且现有技术中也没有利用NaBH₄的水解反应给质子交换膜燃料电池供氢的结构。

发明内容

本发明的目的在于提供一种连续可调自产氢的复合燃料电池系统，以解决现有的基于金属空气电池的复合燃料电池存在着产氢量少、产氢量不可控的问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种连续可调自产氢的复合燃料电池系统，包括金属空气电池和质子交换膜燃料电池，所述的金属空气电池由电堆箱、电解液箱和循环泵组成，所述的循环泵用于通过管道使电解液箱内的电解液在电堆箱和电解液箱之间循环；